DE102011001905A1 - Method and device for surface coating of three-dimensionally deformed components - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbeschichtung eines dreidimensional verformten Bauteils (11), das im Bereich seiner zu beschichtenden Oberfläche (13) im Abstand zu einer Wandung (23) eines Formteils (14) positioniert ist und sich zwischen der zu beschichtenden Oberfläche (13) und der Wandung (23) ein Spaltraum (16) ausbildet, wobei in den Spaltraum (16) flüssiges Oberflächenbeschichtungsmaterial eingefüllt und unter Bestrahlung mittels einer Strahlungsquelle (20) ausgehärtet wird, wobei das Oberflächenbeschichtungsmaterial ein strahlungshärtbare Acrylate- oder Methacrylate-Prepolymere oder -Oligomere umfassendes Harz ist und das Formteil (14) für die Strahlung lichtstreuend, lichtlenkend oder strahlaufweitend ist.The invention relates to a method for surface coating a three-dimensionally deformed component (11) which is positioned in the area of its surface (13) to be coated at a distance from a wall (23) of a molded part (14) and is located between the surface (13) to be coated and the wall (23) forms a gap (16), wherein liquid surface coating material is filled into the gap (16) and cured under irradiation by means of a radiation source (20), the surface coating material comprising a radiation-curable acrylate or methacrylate prepolymers or oligomers Is resin and the molded part (14) is light-scattering, light-directing or beam-expanding for the radiation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichtung der Oberflächen von dreidimensional verformten Bauteilen oder Substraten, bei denen wenigstens eine Sichtseite mit einer vorzugsweise transparenten Oberflächenschicht versehen wird.The present invention relates to a method and a device for coating the surfaces of three-dimensionally deformed components or substrates, in which at least one visible side is provided with a preferably transparent surface layer.

Unter einem dreidimensional verformten Bauteil wird ein jedes Bauteil verstanden, das eine von einer planen zu beschichtenden Oberfläche in die dritte Dimension abweichende, beispielsweise gekrümmte Form aufweist.A three-dimensionally deformed component is understood to mean any component which has a shape deviating from a plane to be coated in the third dimension, for example curved.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Beschichtung von dreidimensional verformten Bauteilen, Substraten oder Innenausbauteilen für die Automobilindustrie, Haushaltsgegenstände, Medizintechnik oder Elektrogeräte. Unter Bauteil werden nachfolgend alle diese Bauteile, Substrate oder Innenausbauteile verstanden.The present invention relates in particular to the coating of three-dimensionally deformed components, substrates or interior components for the automotive industry, household articles, medical technology or electrical appliances. Under component are understood below all these components, substrates or interior components.

Die zu beschichtenden Bauteile können beispielsweise aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff, Faserverbundwerkstoffen (MDF, HDFR, WPC) bestehen und – falls gewünscht – insbesondere mit Holz oder einer Folie überzogen sein.The components to be coated may consist, for example, of wood, wood materials, plastic, fiber composite materials (MDF, HDFR, WPC) and, if desired, be coated in particular with wood or a film.

Neben dem Auftrag des flüssigen Beschichtungsmaterials durch Spritzen oder Lackieren kann die Beschichtung des Bauteils auch durch IMC (In-Mold-Coating) erfolgen. Dabei wird das Bauteil in einen Hohlraum eines Werkzeugformteils eingelegt, wobei zwischen der zu beschichtenden Oberfläche des Bauteils und der Wand des Werkzeugformteils ein Spaltraum ausgebildet ist, in den das flüssige Oberflächenbeschichtungsmaterial eingefüllt wird. Durch das Befüllen der Form wird ein Großteil der Luft oder gegebenenfalls anderer Gase oder Gasgemische aus dem Spaltraum verdrängt. Das in der Kavität befindliche Beschichtungsmaterial ist in der Form gegenüber entsprechendem Atmosphärenkontakt im Wesentlichen abgeschlossen.In addition to the application of the liquid coating material by spraying or painting, the coating of the component can also be carried out by IMC (in-mold coating). In this case, the component is inserted into a cavity of a mold part, wherein between the surface to be coated of the component and the wall of the mold part, a gap is formed, in which the liquid surface coating material is filled. By filling the mold a large part of the air or possibly other gases or gas mixtures is displaced from the gap. The coating material in the cavity is substantially closed in shape to corresponding atmospheric contact.

Anschließend wird das Oberflächenbeschichtungsmaterial innerhalb des Spaltraums ausgehärtet, wofür – wie in der DE 43 20 893 C1 und der DE 199 61 992 S1 beschrieben – UV-Strahlung eingesetzt werden kann. Hierzu ist das Formteil vorzugweise zumindest im Bereich der zu beschichtenden Oberfläche UV-strahlungsdurchlässig ausgebildet. Die Höhe des Spaltraums, die der Dicke der erzeugten Lackschicht entspricht, beträgt im Allgemeinen 300 μm bis 1000 μm.Subsequently, the surface coating material is cured within the gap space, for which - as in the DE 43 20 893 C1 and the DE 199 61 992 S1 described - UV radiation can be used. For this purpose, the molding is preferably formed at least in the region of the surface to be coated UV radiation permeable. The height of the gap, which corresponds to the thickness of the paint layer produced, is generally from 300 .mu.m to 1000 .mu.m.

Die EP 1 239 975 B1 lehrt, die UV-Strahlung über Lichtleiter in den Spaltraum einzuführen, wobei bevorzugt ist, das in den Spaltraum eingefüllte Oberflächenbeschichtungsmaterial durch ein strahlungsdurchlässig ausgebildetes Formteil zu bestrahlen. Die Formteile, durch die bestrahlt wird, sind aus Kunststoff, Glas, insbesondere Quarzglas, und von geringer Absorption für UV-Strahlung. Um Strahlungsverluste zu vermeiden wird eine UV-Strahlungsquelle mit hoher Intensität eingesetzt.The EP 1 239 975 B1 teaches to introduce the UV radiation via optical fibers in the gap space, wherein it is preferred to irradiate the filled into the gap space surface coating material by a radiation-permeable molded part. The molded parts which are irradiated are made of plastic, glass, in particular quartz glass, and of low absorption for UV radiation. In order to avoid radiation losses, a UV radiation source with high intensity is used.

Beim In-Mold-Coating wird die gesamte Schicht in einem einzigen Arbeitsschritt aufgebracht.With in-mold coating, the entire layer is applied in a single step.

Strahlungshärtbare Beschichtungen umfassen eine Harzkomponente und einen Initiator, der bei der eingestrahlten Energie dissoziiert. Durch die Bestrahlung werden aus dem Initiator Radikale gebildet, die eine Kettenreaktion auslösen, die anschließend auch dann aufrecht erhalten wird, wenn keine Bestrahlung mehr erfolgt. Das mittels Strahlung aktivierte Oberflächenbeschichtungsmaterial kann anschließend innerhalb weniger Minuten, beispielweise weniger als drei Minuten, wenigstens soweit in der Form härten, dass das mit der Oberflächenschicht versehene Bauteil vom Formteil gelöst werden kann und handhabbar ist.Radiation curable coatings comprise a resin component and an initiator which dissociates with the energy radiated in. The irradiation generates radicals from the initiator which trigger a chain reaction, which is subsequently maintained even when irradiation no longer takes place. The radiation-activated surface coating material can then cure within a few minutes, for example less than three minutes, at least to the extent that the component provided with the surface layer can be detached from the molding and can be handled.

Im Allgemeinen wird zum Bestrahlen UV-Strahlung eingesetzt. Allerdings ist beispielsweise auch eine Beschichtung mit Elektronenstrahlung oder mit kurzwelliger sichtbarer Strahlung möglich, wenn ein für diese Bestrahlung empfindlicher Initiator ausgewählt wird.In general, UV radiation is used for irradiation. However, for example, a coating with electron radiation or with short-wave visible radiation is possible if an initiator sensitive to this irradiation is selected.

Die bekannten IMC-Verfahren werden insbesondere zur Beschichtung von Bauteilen mit Polyesterharzen eingesetzt, wobei mit Polyesterharzen auch rissfreie und durchgehend gehärtete dicke Schichten auf dreidimensional verformten Bauteilen, auch mit Schichtdicken von 300 μm bis 1.000 μm, erreichbar sind.The known IMC methods are used in particular for coating components with polyester resins, wherein polyester resins can also be used to achieve crack-free and continuously hardened thick layers on three-dimensionally deformed components, even with layer thicknesses of 300 .mu.m to 1,000 .mu.m.

UV-hartbare Lacke für die Oberflächenbeschichtung in IMC-Anlagen, die als Harzkomponeten Acrylat- oder Methacrylat-Prepolymere oder -Oligomere umfassen, sind beispielsweise aus der EP 1 888 701 B1 der Anmelderin bekannt. Mit diesen Lacken werden transparente Beschichtungen, die nach der Härtung bzw. nach entsprechender Beanspruchung (Wärme, Belichtung, Klima) keine Trübung aufweisen und keine sichtbaren Veränderungen gegenüber dem unbelasteten Referenzteil (Anlieferzustand) zeigen, erhalten, sofern das beschichtete Formteil eine im Wesentlichen zweidimensionale zu beschichtende Oberfläche aufweist.UV-curable surface coating coatings in IMC systems which comprise acrylate or methacrylate prepolymers or oligomers as resin components are known, for example, from US Pat EP 1 888 701 B1 the applicant known. With these paints are transparent coatings that after curing or after appropriate stress (heat, exposure, climate) have no turbidity and show no visible changes compared to the unloaded reference part (delivery condition), provided that the coated molded part is a substantially two-dimensional having coating surface.

Der Einsatz solcher UV-hartbarer Harze auf Acrylat-Basis führt jedoch in den bislang bekannten IMC-Anlagen bei der Beschichtung von dreidimensional verformten Bauteilen zu nicht homogen durchgehärteten Schichten und spätestens bei gebrauchsüblicher Belastung zur Rissbildung.The use of such UV-curable acrylate-based resins, however, leads in the hitherto known IMC systems in the coating of three-dimensionally deformed components to non-homogeneously through-hardened layers and at the latest at normal load for crack formation.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die die Herstellung von Strahlen-gehärteten Polyacrylatbeschichtungen ohne Rissbildung auf dreidimensional verformten Bauteilen ermöglicht. The object of the present invention is to provide a method and a device which allows the production of radiation-cured polyacrylate coatings without cracking on three-dimensionally deformed components.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Formteil für die Wellenlänge der eingestrahlten Strahlung lichtstreuend, lichtlenkend oder wenigstens den Strahl aufweitend ist oder die Strahlungsquelle eine diffuse Strahlungsquelle ist.This object is achieved in that the molding for the wavelength of the irradiated radiation light scattering, light directing or at least the beam is expanding or the radiation source is a diffuse radiation source.

Hierdurch kann eine diffuse und im Randbereich des Bauteils intensivere Bestrahlung des Acrylatharzes bzw. eine Lenkung/Leitung der Strahlung in die Randbereiche erreicht werden und damit eine rissfreie, gut durchgehärtete Polyacrylatbeschichtung.In this way, it is possible to achieve a more intense irradiation of the acrylate resin or a steering / guidance of the radiation into the edge regions in the edge region of the component, and thus a crack-free, well-cured polyacrylate coating.

Anmelderseitig wurde festgestellt, dass durch eine diffuse UV-Bestrahlung des Acrylatharzes in dem Spaltraum oder eine Bestrahlung mit einem aufgeweiteten Strahl und/oder die Lenkung/Leitung des Strahls auch die Bereiche in dem Spaltraum hinreichend bestrahlt werden können, die bei einer herkömmlichen nicht diffusen oder nicht aufgeweiteten Bestrahlung zu Rissbildung neigen.Applicants, it was found that by a diffuse UV irradiation of the acrylate resin in the gap space or irradiation with a widened beam and / or the guidance / direction of the beam, the areas in the gap space can be sufficiently irradiated, which in a conventional non-diffuse or unexpanded radiation tends to crack.

Die bei Acrylatharzes auftretende Rissbildung wird anmelderseitig darauf zurückgeführt, dass es durch die höhere Aktivität der acrylischen Doppelbindung infolge von örtlich unterschiedlichen Bestrahlungsintensitäten zu einer ungleichmäßigen Durchhärtung kommt. Die hieraus resultierenden Härtegradienten führen zu Spannungen in der ausgehärteten Polyacrylat-Schicht und damit zu der unerwünschten Rissbildung. Dieser Effekt tritt insbesondere in den für das UV-Licht schlecht zugänglichen Bereichen wie Hinterschneidungen, Randbereichen oder Verformungen auf.The crack formation which occurs in the case of acrylate resin is attributed, on the applicant side, to the fact that the higher activity of the acrylic double bond results in uneven curing due to spatially different irradiation intensities. The resulting hardness gradients lead to stresses in the cured polyacrylate layer and thus to the undesirable cracking. This effect occurs in particular in areas which are difficult to access for UV light, such as undercuts, edge areas or deformations.

Die Streuung der Strahlung, insbesondere der UV-Strahlung durch das Formteil kann auf unterschiedliche Weise erreicht werden. So können anstelle des herkömmlicherweise transparenten nicht streuenden Formteils Formteilmaterialien mit eingebetteten Streuzentren verwendet werden. Dabei können die Streuzentren über die gesamte Schichtdicke des Formteils statistisch verteilt sein oder die Streuzentren nur in Teilbereichen des Formteils vorgesehen sein, beispielsweise nahe der in Richtung der Strahlungsquelle weisenden Formteiloberseite.The scattering of the radiation, in particular the UV radiation through the molded part can be achieved in different ways. Thus, instead of the conventionally transparent non-diffusing molding, molding materials having embedded scattering centers may be used. In this case, the scattering centers can be distributed statistically over the entire layer thickness of the molded part or the scattering centers can be provided only in partial areas of the molded part, for example, near the molded part upper side facing in the direction of the radiation source.

Ebenfalls ist möglich, die Oberseite und/oder Unterseite des Formteils zu beschichten, beispielsweise mit einer streuenden Beschichtung.It is also possible to coat the upper side and / or lower side of the molded part, for example with a scattering coating.

Anstelle einer streuenden Beschichtung kann die Formteiloberseite auch streuende Oberflächenstrukturen aufweisen, die beispielsweise durch einen Laser herstellbar sind. Solche unregelmäßige Oberflächenstrukturen bewirken eine Aufweitung des Strahls und eine „breitere” diffusere Strahlungsverteilung in dem Formteil und damit letztendlich auch in der zu bestrahlenden Harzschicht.Instead of a scattering coating, the molded part top can also have scattering surface structures, which can be produced, for example, by a laser. Such irregular surface structures cause a widening of the beam and a "broader" more diffuse radiation distribution in the molded part and thus ultimately in the resin layer to be irradiated.

Besonders bevorzugt ist, die Struktur auf der Oberfläche des Formteils so auszubilden, dass die auf die strukturierte Oberfläche fallende Strahlung vermehrt in Richtung der Randbereiche des Spaltraums gelenkt wird. Die Strahlung wird durch diese strukturierten Oberflächenstrukturen gelenkt und geleitet. Die die Strahlung lenkenden oder leitenden Oberflächenstrukturen können beispielsweise durch Lasern oder Fräsen auf der Oberfläche des Formteils aufgebracht sein, wobei die Struktur der Oberfläche vorzugsweise berechnet oder simuliert wird.It is particularly preferred to form the structure on the surface of the molded part in such a way that the radiation incident on the structured surface is increasingly directed in the direction of the edge regions of the gap space. The radiation is directed and guided by these structured surface structures. The surface structures directing or directing the radiation may be applied to the surface of the molding, for example by lasering or milling, wherein the structure of the surface is preferably calculated or simulated.

Solche strukturierten lichtlenkenden Oberflächen sind gegenüber streuenden Systemen von Vorteil, da gelenkte Strahlung gebündelter ist und damit besser eingefangen und weitergeleitet werden kann. Zur Lenkung/Leitung der Strahlung kann die Oberfläche entsprechend einer Fresnel-Linse strukturiert sein.Such structured light-guiding surfaces are advantageous over scattering systems, since guided radiation is more concentrated and thus better captured and relayed. For guiding / guiding the radiation, the surface may be structured in accordance with a Fresnel lens.

Ebenfalls ist möglich, die Ober- und/oder Unterseite des Formteils teilweise reflektierend auszubilden, z. B. als semitransparenten Spiegel. Mit dieser Variante kann eine Verstärkung der Strahlung in Richtung der Randbereiche des Spaltraums erreicht werden, die allerdings mit einer Schwächung der primär in die Schicht des Formteils eintretende Strahlungsintensität verbunden ist.It is also possible to form the top and / or bottom of the molding partially reflective, z. B. as a semitransparent mirror. With this variant, an amplification of the radiation in the direction of the edge regions of the gap space can be achieved, which, however, is associated with a weakening of the radiation intensity that primarily enters the layer of the molded part.

Eine höhere Bestrahlungsintensität in den Randbereichen des Spaltraums ist mit einer lichtlenkenden Beschichtung des Formteils erreichbar.A higher irradiation intensity in the edge regions of the gap can be achieved with a light-guiding coating of the molded part.

Ebenfalls ist möglich, solche semitransparenten und/oder streuenden Flächen nur in einzelnen Bereichen der Ober- oder Unterseite des Formteils auszubilden, beispielsweise in den Bereichen höchster Lichtintensität, und das Licht dadurch in die Bereiche geringerer Intensität zu leiten.It is also possible to form such semi-transparent and / or scattering surfaces only in individual areas of the upper or lower side of the molded part, for example in the areas of maximum light intensity, and thereby to direct the light into the areas of lower intensity.

Eine Strahlaufweitung bzw. Streuung ist prinzipiell auch dadurch möglich, dass das Formteil mit einer Verzögerungsplatte (z. B. λ/4 oder λ/2-Platte) versehen ist.Beam expansion or scattering is in principle also possible because the molded part is provided with a retardation plate (eg λ / 4 or λ / 2-plate).

Alternativ oder ergänzend zu dem Einsatz lichtstreuender oder strahlaufweitender Formteile ist auch der Einsatz einer wenigstens teilweise diffus einstrahlenden Strahlungsquelle möglich. Eine solche diffuse Strahlungsquelle kann beispielsweise unter Verwendung einer Ulbricht-Kugel oder Reflexion der Primärstrahlung an einem reflektierenden und/oder lichtstreuenden, entsprechend gekrümmten Reflektor, der beispielsweise mit BaSO4 oder MgO beschichtet ist, erreicht werden.As an alternative or in addition to the use of light-scattering or jet-expanding molded parts, it is also possible to use a radiation source that radiates at least partially diffusely. Such a diffuse radiation source can be, for example, using an Ulbricht sphere or reflection of the primary radiation at a reflecting and / or light-scattering, correspondingly curved Reflector, for example, coated with BaSO 4 or MgO can be achieved.

Um die Bestrahlung von Randbereichen des Spaltraums weiter zu verbessern, kann die Strahlungsquelle zusätzlich auch entlang der Oberseite des Formteils bewegt und gegebenenfalls geschwenkt werden. Die Strahlungsquelle kann dabei entlang der Oberfläche von einem Roboter gefüllt werden, wobei beispielsweise im Fall der strukturierten Oberfläche des Formteils die Lampenbewegung auch an den speziellen Verlauf der Oberflächenstruktur angepasst sein kann.In order to further improve the irradiation of edge regions of the gap, the radiation source can additionally be moved along the upper side of the molded part and swiveled if necessary. The radiation source can be filled along the surface by a robot, wherein, for example, in the case of the structured surface of the molded part, the lamp movement can also be adapted to the specific course of the surface structure.

Ebenfalls ist möglich, mehrere gerichtete Strahlungsquellen vorzusehen und diese so zu positionieren, dass der Anteil der Strahlung in den Randbereichen hoch ist. Eine Anordnung von zwei oder mehr Strahlungsquellen ist insbesondere beim Einsatz von lichtlenkenden Oberflächen oder Beschichtungen des Formteils gewünscht, da dadurch die gezielte Bestrahlung der lichtlenkenden Strukturen erreicht werden kann.It is also possible to provide a plurality of directional radiation sources and to position them so that the proportion of radiation in the edge regions is high. An arrangement of two or more radiation sources is desired in particular when using light-guiding surfaces or coatings of the molded part, since the targeted irradiation of the light-directing structures can thereby be achieved.

Die durch die Streuung und gegebenenfalls auch Reflexion der Strahlung an/in der Formteilschicht bewirkte Schwächung der Primärstrahlung ist durchaus erwünscht, da festgestellt wurde, dass eine weniger intensive, diffuse Bestrahlung des flüssigen Harzes eine homogenere und damit spannungsfreiere Durchhärtung des Acrylatharzes bewirkt und so die unerwünschte Rissbildung vermeidet.The weakening of the primary radiation caused by the scattering and possibly also the reflection of the radiation on / in the molding layer is quite desirable since it has been found that a less intensive, diffuse irradiation of the liquid resin causes a more homogeneous and hence stress-free curing of the acrylate resin and thus the undesired radiation Cracking avoids cracking.

Bei den bislang bekannten Verfahren wurde hingegen mit sehr hoher UV-Intensität durch die Schicht des Formteils mit einer Einstrahlrichtung bestrahlt, so dass das in Hauptbestrahlungsrichtung befindliche Acrylatharz infolge der hohen Bestrahlungsintensität sofort aushärtete, wohingegen die Bestrahlung in den Randbereichen unzureichend war.In the hitherto known methods, by contrast, the irradiation direction of the layer of the molded part was irradiated with a very high UV intensity, so that the acrylate resin present in the main irradiation direction hardened immediately due to the high irradiation intensity, whereas the irradiation in the edge regions was insufficient.

Das die Strahlung beziehungsweise das UV-Licht streuende oder den Strahl aufweitende Formteil kann aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, solange diese gegenüber dem Acrylatharz beständig sind und die eingestrahlte Strahlung nicht vollständig absorbieren, wie beispielsweise Glas, insbesondere Quarzglas oder Silikon.The molding which diffuses the radiation or the UV light or expands the beam can be made of different materials as long as they are resistant to the acrylate resin and do not completely absorb the irradiated radiation, for example glass, in particular quartz glass or silicone.

Quarzglas zeichnet sich durch hohe Durchlässigkeit von UV-Strahlung aus. Das Formteil kann darüber hinaus auch aus einer Kombination dieser Materialien hergestellt sein.Quartz glass is characterized by high permeability of UV radiation. The molding may also be made of a combination of these materials.

Silikon zeichnet sich durch eine hohe Strahlungsdurchlässigkeit aus. Zudem kann das ausgehärtete Polyacrylat sehr gut von der Silikonoberfläche entformt werden.Silicone is characterized by a high radiation permeability. In addition, the cured polyacrylate can be removed from the silicone surface very well.

Als Streuzentren für UV-Strahlung können beispielsweise BaSO4, TiO2, MgO, Al2O3 oder SiO2 eingesetzt werden. Diese weisen eine geringere Absorption für UV-Licht auf und im Allgemeinen einen Streukoeffizent von mehr als 50 cm–1.As scattering centers for UV radiation, for example BaSO 4 , TiO 2 , MgO, Al 2 O 3 or SiO 2 can be used. These have a lower absorption for UV light and generally a scattering efficiency of more than 50 cm -1 .

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Strahlungsquelle vorzugsweise eine UV-Lichtquelle und die Strahlung vorzugsweise UV-Strahlung.In the context of the present invention, the radiation source is preferably a UV light source and the radiation is preferably UV radiation.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Lackfilme zeichnen sich bei Einsatz des in der EP 1 888 701 B1 beschriebenen Polyacrylatharzes darüber hinaus durch hohe Transparenz, hohe Oberflächenkratzfestigkeit und sehr geringe Vergilbungsneigung aus.The paint films obtained by the process according to the invention are characterized by the use of in the EP 1 888 701 B1 Moreover, polyacrylate resin described by high transparency, high surface scratch resistance and very low yellowing tendency.

Die Erfindung sieht weiterhin eine Vorrichtung zur Oberflächenbeschichtung eines dreidimensional verformten Bauteils vor, bei der das Formteil für die eingestrahlte Strahlung streuend und/oder der Strahl aufgeweitet wird und/oder die Strahlungsquelle wenigstens teilweise diffus ist. Im Allgemeinen liegt die Spaltbreite bei einer solchen IMC-Anlage zwischen 300 μm und 1000 μm, vorzugsweise zwischen 700 μm und 900 μm.The invention further provides a device for surface coating of a three-dimensionally deformed component, in which the molded part is scattered for the irradiated radiation and / or the beam is widened and / or the radiation source is at least partially diffuse. In general, the gap width in such an IMC system is between 300 μm and 1000 μm, preferably between 700 μm and 900 μm.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschreiben. Es zeigt:The invention will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments. It shows:

1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Beschichtung von dreidimensional verformten Bauteilen mit Streuzentren im Formteil und 1 : A schematic representation of a first embodiment of an apparatus for coating three-dimensionally deformed components with scattering centers in the molding and

2: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform mit streuender Formteiloberfläche. 2 : A schematic representation of a second embodiment with scattering molding surface.

1 zeigt eine Vorrichtung zur Beschichtung eines Bauteils 11, das beispielsweise ein Innenausbauteil für Kraftfahrzeuge sein kann. 1 shows a device for coating a component 11 , which may be, for example, an interior fitting for motor vehicles.

Das Bauteil 11 kann an seiner Oberfläche 13 mit einer Dekorschicht aus Holz, Folie o. Ä. versehen sein.The component 11 can on its surface 13 with a decorative layer of wood, foil o. Ä. be provided.

Die Vorrichtung umfasst ein Formteil 14, das nur eine geringe Absorption für UV-Strahlung aufweist und eine UV-Strahlungsquelle 20. Auf der der Strahlungsquelle 20 gegenüberliegenden unteren Seite 23 des Formteils 14 befindet sich – beabstandet durch einen Spaltraum 16 – das zu beschichtende Bauteil 11, das mit dem Formteil 14 verspannt sein kann.The device comprises a molding 14 which has little absorption for UV radiation and a UV radiation source 20 , On the radiation source 20 opposite lower side 23 of the molding 14 is located - spaced by a gap 16 - The component to be coated 11 that with the molding 14 can be tense.

Der Spaltraum 16 dient dazu, mit flüssigem Oberflächenbeschichtungsmaterial befüllt zu werden. Die Härtung des in dem Spaltraum 16 befindlichen flüssigen Beschichtungsmaterials erfolgt durch UV-Bestrahlung mit der Strahlungsquelle 20, wobei das UV-Licht durch das Formteil 14 hindurch auf das in dem Spaltraum 16 befindliche Beschichtungsmaterial trifft.The gap space 16 serves to be filled with liquid surface coating material. The hardening of the in the gap space 16 located liquid coating material is carried out by UV irradiation with the radiation source 20 , wherein the UV light passes through the molded part 14 through to the in the gap 16 located coating material meets.

Damit beim Einfüllen des Oberflächenbeschichtungsmaterials die im Spaltraum 16 befindliche Luft entweichen kann, ist im Bauteil 11 vorzugsweise zusätzlich eine Auslassöffnung vorgesehen.So when filling the surface coating material in the gap 16 air can escape is in the component 11 preferably additionally provided an outlet opening.

Die zu beschichtende Oberfläche 13 des Bauteils 11 liegt auf einer gekrümmten Fläche, d. h. das Bauteil ist dreidimensional verformt. Die in +x und –x-Richtung weisenden Seitenbereiche 21 des Bauteils erstrecken sich im Randbereich in –z-Richtung, d. h. in den Randbereichen weist die Oberfläche 13 des Bauteils 11 ebenfalls eine Komponente in –z-Richtung auf.The surface to be coated 13 of the component 11 lies on a curved surface, ie the component is deformed three-dimensionally. The side areas pointing in + x and - x direction 21 of the component extend in the edge region in the -z direction, ie in the edge regions, the surface 13 of the component 11 also a component in -z direction.

Die Herstellung von für UV-Strahlung durchlässigen Formteilen für Bauteile, die sich in –z-Richtung erstreckende Randbereiche 21 aufweisen, ist sehr aufwändig und kostenintensiv.The production of UV radiation transmissive moldings for components, extending in the -z direction edge areas 21 have, is very complex and costly.

Aus diesem Grund werden die Randbereiche 15 des Formteils 14 häufig aus Metall oder Holz gefertigt. Mit diesen Materialien kann zwar die gewünschte Formgebung für die Beschichtung des Bauteils im Randbereich erzielt werden. Nachteilig ist jedoch die fehlende Transparenz der Randbereiche 15 des Formteils 14 für UV-Strahlung, so dass das Beschichtungsmaterial in den Randbereichen 17 des Spaltraums 16 letztendlich nicht genügend aushärten und die erhaltene Beschichtung insbesondere bei Einsatz von Acrylharzen zur Rissbildung neigt.Because of this, the border areas become 15 of the molding 14 often made of metal or wood. Although the desired shape for the coating of the component in the edge region can be achieved with these materials. The disadvantage, however, is the lack of transparency of the peripheral areas 15 of the molding 14 for UV radiation, leaving the coating material in the edge areas 17 of the gap 16 ultimately not sufficiently harden and the resulting coating tends to crack, especially when using acrylic resins.

Diese bislang ungenügende Bestrahlung im Randbereich 17 des Spaltraums 16 wird nun durch eine diffuse und/oder aufgeweitete Bestrahlung des Spaltraums verbessert.This hitherto insufficient irradiation in the edge area 17 of the gap 16 is now improved by a diffused and / or expanded irradiation of the gap.

In der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst das Formteil 14, das beispielsweise aus Quarz sein kann, eine Vielzahl von Streuzentren S, an denen das auftreffende UV-Licht gestreut wird.In the in 1 illustrated embodiment, the molding comprises 14 , which may be made of quartz, for example, a plurality of scattering centers S, at which the incident UV light is scattered.

In der Schicht des Formteils 14 kommt es durch die Streuung an den Streuzentren S zu einer Vielzahl von Prozessen, u. a. zu weiteren Streuungen, zur Totalreflexion an der Grenzfläche 22, 23 der Formteilschicht 14, wenn der Grenzwinkel α der Totalreflexion erreicht ist, zum Wiederaustritt der UV-Strahlung aus der Schicht des Formteils 14 in Richtung Strahlungsquelle 20, zum Austritt aus der Schicht des Formteils 14 in Richtung Spaltraum 16 und damit Bestrahlung des flüssigen Beschichtungsmaterials und gegebenenfalls auch zur (unerwünschten) Absorption des UV-Photons in der Schicht des Formteils 14.In the layer of the molding 14 Due to the scattering at the scattering centers S, a large number of processes occur, including further scattering, total reflection at the interface 22 . 23 the molding layer 14 when the critical angle .alpha. of total reflection is reached, the re-emergence of the UV radiation from the layer of the molding 14 in the direction of the radiation source 20 , for exit from the layer of the molding 14 in the direction of the gap 16 and thus irradiation of the liquid coating material and optionally also for the (unwanted) absorption of the UV photon in the layer of the molding 14 ,

Durch die zusätzliche Streuung der UV-Photonen in der Schicht des Formteils 14 wird die mittlere Weglänge der UV-Photonen in der Schicht des Formteils 14 verlängert und eine diffusere Bestrahlung und eine Erhöhung der relativen UV-Photonendichte in den Randbereichen 17 des mit Oberflächenbeschichtungsmaterial gefüllten Spaltraums 16 erreicht.Due to the additional scattering of the UV photons in the layer of the molding 14 is the mean path length of the UV photons in the layer of the molding 14 extended and a more diffuse irradiation and an increase in the relative UV photon density in the peripheral areas 17 the space filled with surface coating material gap 16 reached.

Durch die Streuzentren S wird in der Schicht des Formteils 14 auch der Anteil des in der Schicht totalreflektierten Lichts und damit eine Wanderung/Leitung des im Allgemeinen mittig des Bauteils eingestrahlten Lichts in die Randbereiche erhöht.Through the scattering centers S is in the layer of the molding 14 also increases the proportion of total reflected light in the layer and thus a migration / conduction of the generally center of the component irradiated light in the edge regions.

Neben der Möglichkeit der statistischen Verteilung der Streuzentren S in der Schicht des Formteils 14 können die Streuzentren auch in einem bestimmten Schichtsegment des Formteils 14 angeordnet sein. In dieser Variante kann das Formteil 14 beispielsweise aus drei Schichten bestehen, zwei transparenten Quarzschichten, zwischen denen eine streuende Schicht vorgesehen ist.In addition to the possibility of statistical distribution of the scattering centers S in the layer of the molding 14 The scattering centers can also be in a specific layer segment of the molding 14 be arranged. In this variant, the molding 14 For example, consist of three layers, two transparent quartz layers, between which a scattering layer is provided.

Eine weitere Variante der Erfindung, nämlich mit einer UV-Licht streuenden Oberfläche 22 des Formteils 14, ist in 2 dargestellt. Anstelle der Streuzentren S innerhalb der Schicht des Formteils 14 ist die Oberfläche 22 des Formteils 14 UV-Licht streuend, was zu einem diffuseren und aufgeweiteten Verlauf des eingestrahlten UV-Lichts in der Schicht des Formteils 14 und in der Folge auch zu einer diffuseren und aufgeweiteten Bestrahlung des Spaltraums 16 und einer höheren UV-Lichtintensität in den Randbereichen 17 führt.Another variant of the invention, namely with a UV light scattering surface 22 of the molding 14 , is in 2 shown. Instead of the scattering centers S within the layer of the molding 14 is the surface 22 of the molding 14 UV light scattering, resulting in a more diffuse and expanded course of the irradiated UV light in the layer of the molding 14 and subsequently also to a more diffuse and expanded irradiation of the gap 16 and a higher UV light intensity in the peripheral areas 17 leads.

Die Herstellung einer solchen streuenden Oberfläche 22 des Formteils 14 kann beispielsweise mittels Laser oder durch Ätzen erfolgen.The production of such a scattering surface 22 of the molding 14 can be done for example by means of laser or by etching.

Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, die Ober- 22 und/oder Unterseite 23 des Formteils 14 (vgl. 1) mit einer reflektierenden, lichtleitenden und/oder streuenden Beschichtung zu versehen. (Die Beschichtungen auf der Ober- 22 bzw. Unterseite 23 des Formteils 14 sind in 1 nicht dargestellt.)Another variant of the invention provides that the upper 22 and / or bottom 23 of the molding 14 (see. 1 ) to be provided with a reflective, photoconductive and / or scattering coating. (The coatings on the top 22 or bottom 23 of the molding 14 are in 1 not shown.)

Durch den Einsatz halbtransparenter spiegelnder Beschichtungen kann der in die Formteilschicht 14 eintretende UV-Strahl ebenfalls aufgeweitet und stärker in Richtung der unzugänglichen Seitenbereiche 17 reflektiert werden.The use of semi-transparent reflective coatings can be used in the molded part layer 14 incoming UV beam also widened and more towards the inaccessible side areas 17 be reflected.

In einer weiteren Variante kann zur Beschichtung der Ober- 22 oder Unterseite 23 des Formteils 14 eine Verzögerungsplatte eingesetzt werden.In a further variant, for coating the upper 22 or bottom 23 of the molding 14 a delay plate can be used.

Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, die Bestrahlung mit einer wenigstens teilweise diffusen Strahlungsquelle 20 vorzunehmen. Hierzu kann die Strahlungsquelle 20 wenigstens teilweise von einem UV-Licht streuenden Reflektor 18 (1, 2) umgeben sein, der das von der Strahlungsquelle 20 emittierte, auf den Reflektor 18 auftreffende Licht diffus auf das Formteil 14 zurückstreut.A further variant of the invention provides for the irradiation with an at least partially diffuse radiation source 20 make. For this purpose, the radiation source 20 at least partially from a UV-scattering reflector 18 ( 1 . 2 ) surrounded by the radiation source 20 emitted to the reflector 18 incident light diffused on the molding 14 scatters back.

Zusätzlich kann ein weiterer Reflektor 19 im Strahlengang zwischen Strahlungsquelle 20 und Formteil 14 vorgesehen sein, der das emittierte Primärlicht in den Reflektor 18 reflektiert, so dass sichergestellt ist, dass kein emittiertes Primärlicht ohne Streuung auf das Formteil 14 fällt.In addition, another reflector 19 in the beam path between the radiation source 20 and molding 14 be provided, which is the emitted primary light in the reflector 18 reflected, so as to ensure that no emitted primary light without scattering on the molding 14 falls.

Wie die 1 und 2 zeigen, sind unterschiedliche Formen des Reflektors 18 möglich.As the 1 and 2 show, are different shapes of the reflector 18 possible.

Um eine höhere Bestrahlungsintensität in den Randbereichen 17 der Oberfläche 13 des Bauteils 11 zu erreichen kann die Lampe 20 zusätzlich während des Bestrahlens entlang dem Bauteil 11 bewegt und gegebenenfalls auch geschwenkt werden. Die Geschwindigkeit der Strahlungsquelle 20 kann dabei auch je nach der zu bestrahlenden Position variieren.To a higher irradiation intensity in the border areas 17 the surface 13 of the component 11 The lamp can be reached 20 additionally during the irradiation along the component 11 moved and possibly also swung. The speed of the radiation source 20 can also vary depending on the position to be irradiated.

In einer weiteren Variante der Erfindung (nicht dargestellt) weist das Formteil 14 eine lichtlenkende Oberfläche 22 auf, wobei die Lenkung der Strahlung, die insbesondere in die Randbereiche erfolgen sollte, beispielsweise durch Fresnel-Linsen entsprechende Oberflächenstrukturen erzielt werden kann.In a further variant of the invention (not shown), the molded part 14 a light directing surface 22 on, wherein the steering of the radiation, which should take place in particular in the edge regions, for example, by Fresnel lenses corresponding surface structures can be achieved.

Anstelle einer lichtlenkenden Oberflächenstruktur kann das Formteil 14 selbstverständlich auch mit einer lichtlenkenden Oberflächenbeschichtung ähnlich einer Fresnel-Linse versehen sein.Instead of a light-guiding surface structure, the molded part 14 Of course, be provided with a light-directing surface coating similar to a Fresnel lens.

Die Bestrahlung der lichtlenkenden Oberfläche des Formteils 14 erfolgt vorzugsweise mit wenigstens einer Strahlungsquelle 20, die gerichtete Strahlung aussendet. Um eine verstärkte Bestrahlung der Randbereiche zu erreichen werden bei dieser Ausführungsform vorzugsweise wenigstens zwei Strahungsquellen 20 eingesetzt oder aber die Strahlungsquelle bewegt.The irradiation of the light-guiding surface of the molding 14 preferably takes place with at least one radiation source 20 that emits directed radiation. In order to achieve increased irradiation of the edge regions, in this embodiment preferably at least two radiation sources 20 used or moved the radiation source.

Die Position und Ausrichtung der Strahlungsquelle(n) sollte der spezifischen Struktur der lichtlenkenden Oberfläche angepasst sein.The position and orientation of the radiation source (s) should be matched to the specific structure of the light directing surface.

Selbstverständlich können die zuvor beschriebenen unterschiedlichen Varianten zur Erhöhung der Strahlungsintensität im Randbereich 17 des Spaltraums 16 auch kombiniert werden.Of course, the different variants described above can increase the radiation intensity in the edge region 17 of the gap 16 can also be combined.

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Claims (11)

Verfahren zur Oberflächenbeschichtung eines dreidimensional verformten Bauteils (11), das im Bereich seiner zu beschichtenden Oberfläche (13) im Abstand zu einer Wandung (23) eines Formteils (14) positioniert ist und sich zwischen der zu beschichtenden Oberfläche (13) und der Wandung (23) ein Spaltraum (16) ausbildet, wobei in den Spaltraum (16) flüssiges Oberflächenbeschichtungsmaterial eingefüllt und unter Bestrahlung mittels einer Strahlungsquelle (20) ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenbeschichtungsmaterial ein strahlungshärtbare Acrylate- oder Methacrylate-Prepolymere oder -Oligomere umfassendes Harz ist und das Formteil (14) für die Strahlung lichtstreuend, lichtlenkend oder strahlaufweitend ist.Process for the surface coating of a three-dimensionally deformed component ( 11 ), which in the region of its surface to be coated ( 13 ) at a distance to a wall ( 23 ) of a molded part ( 14 ) and between the surface to be coated ( 13 ) and the wall ( 23 ) a gap space ( 16 ), wherein in the gap space ( 16 ) liquid surface coating material and under irradiation by means of a radiation source ( 20 ), characterized in that the surface-coating material is a resin comprising radiation-curable acrylate or methacrylate prepolymers or oligomers and the molding ( 14 ) is for the radiation light scattering, light directing or Strahlaufweitend. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Material des Formteils (14) Streuzentren S eingebettet sind.A method according to claim 1, characterized in that in the material of the molded part ( 14 ) Scattering centers S are embedded. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuzentren S über die gesamte Schichtdicke des Formteilmaterials statistisch verteilt oder nur in Teilbereichen des Formteils (14) vorgesehen sind.A method according to claim 2, characterized in that the scattering centers S over the entire layer thickness of the molding material distributed randomly or only in partial areas of the molding ( 14 ) are provided. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (22) und/oder Unterseite (23) des Formteils (14) beschichtet ist, insbesondere mit einer semitransparenten, streuenden, die Strahlung lenkenden und/oder reflektierenden Beschichtung.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the upper side ( 22 ) and / or underside ( 23 ) of the molded part ( 14 ) is coated, in particular with a semitransparent, scattering, radiation directing and / or reflective coating. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (22) des Formteils (14) streuende oder strahlungslenkende Oberflächenstrukturen aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the upper side ( 22 ) of the molded part ( 14 ) has scattering or radiation-guiding surface structures. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ober- (22) und/oder Unterseite (23) des Formteils (14) als semitransparenter Spiegel ausgebildet ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the upper ( 22 ) and / or underside ( 23 ) of the molded part ( 14 ) is designed as a semitransparent mirror. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (20) eine UV-Strahlungsquelle und die Strahlung UV-Strahlung ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation source ( 20 ) is a UV radiation source and the radiation is UV radiation. Verfahren zur Oberflächenbeschichtung eines dreidimensional verformten Bauteils (11), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das im Bereich seiner zu beschichtenden Oberfläche (13) im Abstand zu einer Wandung (23) eines Formteils (14) positioniert ist und sich zwischen der zu beschichtenden Oberfläche (13) und der Wandung (23) ein Spaltraum (16) ausbildet, wobei in den Spaltraum (16) flüssiges Oberflächenbeschichtungsmaterial eingefüllt und unter Bestrahlung mittels einer Strahlungsquelle (20) mit UV-Strahlung ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenbeschichtungsmaterial ein UV-hartbare Acrylate- oder Methacrylate-Prepolymere oder -Oligomere umfassendes Harz ist und die Strahlungsquelle (20) eine wenigstens teilweise diffuse Strahlungsquelle (20) ist.Process for the surface coating of a three-dimensionally deformed component ( 11 ), in particular according to one of claims 1 to 7, which in the region of its surface to be coated ( 13 ) at a distance to a wall ( 23 ) of a molded part ( 14 ) and between the surface to be coated ( 13 ) and the wall ( 23 ) a gap space ( 16 ), wherein in the gap space ( 16 ) liquid surface coating material and under irradiation by means of a radiation source ( 20 ) is cured with UV radiation, characterized in that the surface coating material is a resin comprising UV-curable acrylate or methacrylate prepolymers or oligomers and the radiation source ( 20 ) an at least partially diffuse radiation source ( 20 ). Vorrichtung zur Oberflächenbeschichtung eines dreidimensional verformten Bauteils (11) mit einem Formteil (14), an das das zu beschichtende Bauteil (11) unter Ausbildung eines Spaltraums (16) anlegbar ist und einer Strahlungsquelle (20), wobei das Formteil (14) wenigstens teilweise für die Strahlung durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (14) für die Strahlung lichtstreuend, lichtlenkend oder strahlaufweitend ist.Device for the surface coating of a three-dimensionally deformed component ( 11 ) with a molded part ( 14 ) to which the component to be coated ( 11 ) forming a gap space ( 16 ) and a radiation source ( 20 ), wherein the molded part ( 14 ) is at least partially transparent to the radiation, characterized in that the molded part ( 14 ) is for the radiation light scattering, light directing or Strahlaufweitend. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (14) oder seine Beschichtung lichtlenkend sind und dass wenigstens zwei gerichtete Strahlungsquellen (20) vorgesehen sind.Apparatus according to claim 9, characterized in that the molded part ( 14 ) or its coating are light-directing and that at least two directional radiation sources ( 20 ) are provided. Vorrichtung zur Oberflächenbeschichtung eines dreidimensional verformten Bauteils (11) mit einem Formteil (14), an das das zu beschichtende Bauteil (11) unter Ausbildung eines Spaltraums (16) anlegbar ist und einer Strahlungsquelle (20), wobei das Formteil (14) wenigstens teilweise für die Strahlung durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (20) von wenigstens einem Reflektor (18, 19) umgeben und wenigstens teilweise diffus ist.Device for the surface coating of a three-dimensionally deformed component ( 11 ) with a molded part ( 14 ) to which the component to be coated ( 11 ) forming a gap space ( 16 ) and a radiation source ( 20 ), wherein the molded part ( 14 ) is at least partially transparent to the radiation, characterized in that the radiation source ( 20 ) of at least one reflector ( 18 . 19 ) is surrounded and at least partially diffuse.
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