DE102016109044B3

DE102016109044B3 - Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines Substrats

Info

Publication number: DE102016109044B3
Application number: DE102016109044.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Triepel; Konstantin Kosalla
Original assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Current assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2036-05-18
Also published as: PL3458265T3; US20190210823A1; CN109311310B; US11155427B2; KR102304657B1; JP2019517968A; WO2017198390A1; JP6946347B2; KR20190008332A; EP3458265A1; IL262861B; HUE056316T2; IL262861A; EP3458265B1; ES2886963T3; CN109311310A

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zur Oberflächenbehandlung eines Substrats (2), umfassend eine Transporteinrichtung (3), eine Vakuumansaugeinrichtung (4), eine Koronaeinrichtung (5) und eine Beschichtungseinrichtung (6), beschrieben. Die Transporteinrichtung (3) ist als ein Transportband (31) ausgebildet. Das Transportband (31) ist als ein Vakuumsaugband (31v) der Vakuumsaugeinrichtung (4) ausgebildet, und das Transportband (31) ist als eine Gegenelektrode (31e) der Koronaeinrichtung (5) ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines Substrats nach dem Oberbegriff des Gegenstands des Anspruchs 1.
Vorrichtungen zur Oberflächenbehandlung eines Substrats werden beispielsweise eingesetzt, um die Oberflächen bogen- oder bahnförmiger Substrate zu bedrucken oder mit einer Übertragungsschicht einer Prägefolie zu beschichten.
Aus der DE 10159661 C1 ist eine Heißprägevorrichtung der beschriebenen Art bekannt.
Ferner ist aus der DE 10 2012 110 149 A1 eine Heißprägevorrichtung bekannt aufweisend eine Prägevorrichtung zur Übertragung einer auf einer Trägerschicht einer Heißprägefolie angeordneten Übertragungsschicht auf ein Substrat, umfassend eine beheizbare Prägewalze und eine Gegendruckwalze, zwischen denen ein Prägespalt ausgebildet ist, sowie eine stromabwärts angeordnete Ablösevorrichtung, wobei zwischen dem Prägespalt und der Ablösevorrichtung unter dem beprägtem Substrat ein ebenes Auflageelement unmittelbar an den Prägespalt anschließend angeordnet ist.
Aus der DE 698 15 459 T2 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Farbbildern bekannt mit einer vielschichtigen ladungshaltenden Struktur, einer Ladungseinrichtung zum gleichförmigen Laden der vielschichtigen ladungshaltenden Struktur, eine Zweiwellenlängen-Bilderzeugungseinrichtung sowie mit einer ersten Einrichtung, welche eine Vielzahl von Entwicklergehäusestrukturen einschließt.
Ferner ist aus der DE 697 15 327 T2 ein Reinigungsgerät zum Entfernen von Rückstandspartikeln und Agglomeraten von einer bildgebenden Oberfläche eines elektrostatografischen Druckers oder Kopierers bekannt.
Die DE 693 03 711 T2 betrifft ferner eine Vorrichtung zum Herstellen einer Bahn von thermoplastischen Filamenten mit einem Schlitzziehverfeinerer, ein mit dem Verfeinerer zusammenwirkendes Mittel zum Einführen einer Strömung von Luft, einer positionierten Auffangoberfläche zum Aufnehmen der Filamente und einem Koronamittel.
Des weiteren ist aus der DE 31 34 615 C2 eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Vorbehandlung von Schichtträgern bekannt, wobei entlang des Weges des kontinuierlich bewegten Schichtträgers ein Behandlungsraum mit mindestens einer Koronaentladungseinrichtung angeordnet ist und der Behandlungsraum unter Unterdruck steht.
Die DE 27 14 473 A1 betrifft des Weiteren eine Abbildungsvorrichtung zum Aufbringen ferromagnetischer Tonerteilchen auf ausgewählte Bereiche eines Substrats.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines Substrats anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Es wird eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines Substrats, aufweisend eine Transporteinrichtung, eine Vakuumansaugeinrichtung, eine Koronaeinrichtung und eine Beschichtungseinrichtung, vorgeschlagen, wobei vorgesehen ist, dass die Transporteinrichtung ein Transportband aufweist, dass das Transportband als ein Vakuumsaugband der Vakuumsaugeinrichtung ausgebildet ist, und dass das Transportband als eine Gegenelektrode der Koronaeinrichtung ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass die Transporteinrichtung ein Transportband aufweist, das drei Funktionen erfüllt, nämlich den Transport des Substrats, die Lagefixierung des Substrats durch Vakuumansaugung auf dem Transportband und die Bereitstellung einer Elektrode für die Koronaeinrichtung. Diese drei Funktionen kann das Transportband insbesondere gleichzeitig erfüllen, sodass eine sehr vorteilhafte Synergie zwischen diesen Funktionen entsteht.
Es kann vorgesehen sein, dass das Transportband auf zwei voneinander beabstandeten Umlenkwalzen gelagert ist, wobei eine der Umlenkwalzen als eine Antriebswalze ausgebildet ist.
Das Transportband kann als ein umlaufendes Band ausgebildet sein, welches insbesondere um die beiden Umlenkwalzen umläuft.
Weiter kann vorgesehen sein, dass das Transportband im Bereich der Beschichtungseinrichtung und/oder der Koronaeinrichtung auf einer Auflageeinrichtung gelagert ist. Es können mehrere Auflageeinrichtungen vorgesehen sein, die beispielsweise im Bereich der Beschichtungseinrichtung und der Koronaeinrichtung angeordnet sind.
Die Auflageeinrichtung kann eine Auflagewalze oder mehrere Auflagewalzen, die in Längserstreckung des Transportbandes nebeneinander angeordnet sind, aufweisen. Die Auflagewalzen können dabei insbesondere mit derselben Geschwindigkeit rotieren, wie sich das aufliegende Transportband bewegt, sodass eine möglichst geringe Reibung zwischen den Auflagewalzen und dem Transportband entsteht. D.h. die Auflagewalzen haben an ihrem Umfang dieselbe Geschwindigkeit wie das aufliegende Transportband.
Die Auflageeinrichtung kann alternativ oder zusätzlich einen insbesondere feststehenden Stützkörper, bevorzugt in Form einer Platte aufweisen.
Das Transportband kann eine Dicke im Bereich von 0,2 mm bis 1 mm aufweisen, bevorzugt im Bereich von 0,3 mm bis 0,5 mm aufweisen.
Es kann vorgesehen sein, dass das Transportband aus einem Material ausgebildet ist, das einen Härtegrad im Bereich von 450 HV10 bis 520 HV10, vorzugsweise im Bereich von 465 HV10 bis 500 HV10 aufweist.
In einer vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass das Transportband so ausgebildet und/oder gelagert ist, dass seine maximale Durchbiegung bei betriebsmäßiger Belastung im Bereich von 1 µm bis 10 µm liegt.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die dem Substrat zugewandte Oberfläche des Transportbandes poliert ist, d.h. eine Rautiefe kleiner als 0,3 µm aufweist.
Das Transportband kann aus einer Stahllegierung ausgebildet sein.
In einer vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass das Transportband aus Edelstahl ausgebildet ist.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Transportband aus Kupfer oder Aluminium oder Titan oder aus einer Legierung, die Kupfer und/oder Aluminium und/oder Titan, insbesondere aus einer Legierung, die Aluminium und/oder Titan enthält, ausgebildet ist.
Das Transportband kann als ein nahtloses Band ausgebildet sein. Ein nahtloses Transportband ohne Stoßstellen bietet über seine gesamte Oberfläche die gleichen Bedingungen hinsichtlich der Eigenschaft als mechanisches Gegenlager für das Substrat.
Das Transportband kann mehrere Teiltransportbänder aufweisen, die in Transportrichtung aneinander anschließend angeordnet sind, bevorzugt mit möglichst geringem Abstand zwischen den Teiltransportbändern. Diese Teiltransportbänder können gleiche oder auch unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, insbesondere bzgl. Material und/oder Härte und/oder Dicke und/oder Biegesteifigkeit. Die für das Transportband oben beschriebenen Eigenschaften gelten auch für die Teiltransportbänder.
Beispielsweise kann ein erstes Teiltransportband im Bereich der Beschichtungseinrichtung und ein zweites Teiltransportband im Bereich der Koronaeinrichtung angeordnet sein.
In einer vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass zwischen benachbarten Teiltransportbändern ein Auflageelement angeordnet ist, das den Abstandsraum zwischen den benachbarten Teiltransportbändern spaltfrei überbrückt.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Transportband als ein Gliederband aus plattenförmigen Gliedern ausgebildet ist, wobei benachbarte Glieder durch ein Drehgelenk so miteinander verbunden sind, dass sie im gestreckten Zustand eine spaltfreie Auflagefläche bilden.
Es kann vorgesehen sein, dass das Transportband randseitige Transportausnehmungen aufweist, und dass die Umlenkwalzen korrespondierende Zahnkränze aufweisen, die in die Transportausnehmungen eingreifen.
Weiter kann vorgesehen sein, dass das Transportband Durchgangslöcher, insbesondere eine Vielzahl an Durchgangslöchern aufweist.
Die Durchgangslöcher können als insbesondere kreisförmige Bohrungen und/oder insbesondere ellipsenförmige Langlöcher und/oder Schlitze und/oder Rauten ausgebildet sein.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Durchgangslöcher in einem Raster angeordnet sind.
Das Raster kann regelmäßig oder unregelmäßig oder zufällig ausgebildet sein.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Raster bereichsweise unterschiedlich ausgebildet ist.
Die Durchgangslöcher können einen Durchmesser im Bereich von 0,2 mm bis 5 mm, bevorzugt in einem Bereich von 0,3 mm bis 2 mm aufweisen oder einen einem kreisförmigen Loch vorgenannten Durchmessers entsprechenden Flächeninhalt aufweisen, insbesondere wenn das Durchgangsloch nicht kreisförmig ausgebildet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass zwischen der dem Substrat abgewandten Seite des Transportbandes und einem Ansaugkopf der Vakuumansaugeinrichtung ein Dichtelement mit einer umlaufenden Dichtlippe angeordnet ist.
In einer vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass der Unterdruck der Vakuumansaugvorrichtung im Bereich von 0,1 bar bis 1 bar, insbesondere im Bereich von 0,1 bar bis 0,75 bar liegt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Koronaeinrichtung ein an seiner Unterseite offenes Gehäuse aufweist, in dessen unteren Endabschnitt eine Elektrode angeordnet ist. Die Elektrode kann beispielsweise als eine luftgekühlte Keramik-Elektrode ausgebildet sein, einen Querschnitt von 16 mm × 16 mm und eine Länge, die der Breite des Transportbandes entspricht, aufweisen. Dabei kann die Koronaeinrichtung mit ihrer Längserstreckung quer zur Transportrichtung des Transportbandes und über dem Substrat angeordnet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die Elektrode der Koronaeinrichtung die Kathode und das Transportband als Gegenelektrode die Anode der Koronaeinrichtung bilden, wobei zwischen der Kathode und der Anode ein Koronaspalt ausgebildet ist. Der Koronaspalt kann beispielsweise im Bereich von 1 mm bis 2 mm liegen.
An die Elektrode und die Gegenelektrode ist eine hohe elektrische Spannung angelegt, die durch einen Hochfrequenzgenerator mit einem Frequenzbereich von 10 kHz bis 60 kHz erzeugt wird und in dem Luftspalt eine Feldstärke von 20 kV/cm bis 30 kV/cm ausbildet. Durch Feldionisation werden Ionen gebildet, die im elektrischen Feld beschleunigt werden und sich an die Oberfläche des Substrats anheften.
Durch die Bildung polarer, funktionieller Gruppen kann der polare Anteil der Oberflächenspannung des Substrats angehoben werden. Die Oberfläche des Substrats wird elektrisch aufgeladen, die Oberflächenenergie des Substrats wird erhöht. Für eine gute Benetzung des Substrats mit einer Flüssigkeit, also z.B. eines UV-Klebers oder einer Drucktinte, sollte die Oberflächenspannung des Substrats ca.10 mN/m bis 15 mN/m höher liegen, als die Oberflächenspannung der Flüssigkeit. Beispielsweise kann die Oberflächenspannung einer Tinte zwischen 20 mN/m bis 25 mN/m und die Oberflächenspannung eines zu bedruckenden folienförmigen Substrats zwischen 30 mN/m bis 35 mN/m liegen. Mittels der Koronaeinrichtung kann die Oberflächenspannung des Substrats auf ca. 40 mN/m bis 45 mN/m angehoben werden, wodurch sich dieses Substrat bedrucken lässt.
Der Koronaspalt kann einstellbar ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Elektrode der Koronaeinrichtung höheneinstellbar ausgebildet sein. Dadurch kann ein möglichst kleiner Koronaspalt einstellbar sein, beispielsweise abhängig von der Dicke und/oder vom Material des Substrats, um das das Substrat umschließende und/oder durchdringende elektrische Feld anpassen zu können.
Die Koronaeinrichtung kann eine gasdicht mit dem Gehäuse verbundene Absaugvorrichtung zur Ozonabsaugung aufweisen. Durch die Ionisation der Luft in dem Koronaspalt entsteht Ozon, welches abgesaugt oder vernichtet werden muss. Die ozonhaltige Abluft wird über einen Abluftschlauch geführt und außerhalb des Fertigungsraumes abgeführt. Optional kann die ozonhaltige Abluft vor der Ableitung in die Umwelt durch einen Ozonvernichter geleitet werden, beispielsweise ein Aktivkohlefilter. Auf diese Weise können 99,5 % des Ozons vernichtet werden. Der Abbluftschlauch kann beispielsweise eine Länge von 12 m bis 15 m aufweisen. Eine Förderleistung von 4,9 m³/min hat sich bewährt. Die Absaugvorrichtung kann gleichzeitig eine Kühlvorrichtung für die Elektrode bilden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Beschichtungseinrichtung als eine Druckeinrichtung ausgebildet ist. Die Druckeinrichtung kann beispielsweise eine Druckwalze und eine Farbauftragsvorrichtung aufweisen und/oder nach dem Siebdruckprinzip und/oder nach dem Tintenstrahlprinzip arbeiten.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Beschichtungseinrichtung eine Prägevorrichtung zur Übertragung einer auf einer Trägerschicht einer Transferfolie, insbesondere einer Heißprägefolie oder Kaltprägefolie angeordneten Übertragungsschicht auf das Substrat aufweist.
Eine Prägewalze der Prägevorrichtung kann an ihrem Außenumfang eine Beschichtung aus einem Elastomer mit einer Dicke im Bereich von 3 mm bis 10 mm aufweisen, bevorzugt im Bereich von 5 mm bis 10 mm. Bei dem Elastomer handelt es sich vorzugsweise um Silikonkautschuk. Der Silikonkautschuk weist bevorzugt eine Härte im Bereich von 60° Shore A bis 95° Shore A, bevorzugt im Bereich von 70° Shore A bis 90° Shore A auf. Eine im Bereich der Prägevorrichtung angeordnete Auflagewalze bildet eine Gegendruckwalze für die Prägewalze.
Die Beschichtungseinrichtung kann bevorzugt stromabwärts hinter der Koronaeinrichtung angeordnet sein. Dadurch kann die Beschichtung des Substrats nach der Behandlung der Oberfläche des Substrats mittels der Koronaeinrichtung erfolgen.
Stromabwärts nach der Koronaeinrichtung können auch mehrere Beschichtungsstationen stromabwärts hintereinander angeordnet sein, beispielsweise mehrere Druckeinrichtungen und/oder mehrere Prägevorrichtung und/oder eine Druckeinrichtung und eine Prägevorrichtung oder andere Kombinationen davon. Die Druckeinrichtungen können dabei jeweils nach dem gleichen Druckverfahren und/oder nach unterschiedlichen Druckverfahren arbeiten. Die Prägevorrichtungen können dabei jeweils nach dem gleichen Verfahren und/oder nach unterschiedlichen Verfahren arbeiten.
Ebenso ist es möglich, stromabwärts nach der Koronaeinrichtung und bevorzugt nach der mindestens einen Beschichtungseinrichtung weitere Bearbeitungsstationen wie Sortierstationen, Stanzstationen, Blindprägestationen, Faltstationen oder andere Bearbeitungsstationen zur Bearbeitung des Substrats anzuordnen.
Die Transferfolie weist eine auf einer Trägerschicht angeordnete Übertragungsschicht auf. Die Trägerschicht kann z.B. aus PET oder aus Polypropylen, Polystyrol, PVC, PMMA, ABS, Polyamid sein. Die Heißprägefolie ist so angeordnet, dass die Übertragungsschicht der Oberseite des zu beprägenden Substrats zugewandt ist. Die Übertragungsschicht kann mit einer hitzeaktivierbaren Kleberschicht beschichtet sein oder selbstklebend (Kaltkleber) ausgebildet sein. Zwischen der Übertragungsschicht und der Trägerschicht kann eine Trennschicht angeordnet sein, die das Ablösen der Übertragungsschicht von der Trägerschicht erleichtert.
Die Übertragungsschicht der Transferfolie weist im Allgemeinen mehrere Schichten auf, insbesondere eine Ablöseschicht (beispielsweise aus Wachs oder wachshaltigen Verbindungen), eine Schutzlackschicht, eine hitzeaktivierbare Kleberschicht. Zusätzlich können eine oder mehrere, flächig partiell oder vollflächig aufgebrachte, Dekorationsschichten und/oder Funktionsschichten enthalten sein. Dekorationsschichten sind zum Beispiel farbige (opak oder transparent oder transluzent) Lackschichten, Metallschichten oder Reliefstrukturen (haptisch oder optisch refraktiv oder optisch diffraktiv wirkend). Funktionsschichten sind beispielsweise elektrisch leitende Schichten (Metall, ITO (ITO = Indium Tin Oxide)), elektrisch halbleitende Schichten (z.B. Halbleiterpolymere) oder elektrisch nichtleitende Schichten (elektrisch isolierende Lackschichten) oder optisch mattierende oder anti-reflektierend wirkende Schichten (z.B. mit mikroskopischen Mattstrukturen) oder die Haftwirkung und/oder die Oberflächenspannung modifizierende Strukturen (Lotus-Effekt-Strukturen oder ähnliche). Zwischen den einzelnen Schichten können zusätzliche Hilfsschichten, insbesondere Haftvermittlerschichten vorhanden sein. Die einzelnen Schichten der Übertragungslage sind etwa zwischen 1 nm und 50 µm dick.
Das Substrat ist bevorzugt ein flexibles Substrat, beispielsweise Papier mit einem Flächengewicht von 30 g/m² bis 350 g/m², bevorzugt 80 g/m² bis 350 g/m² oder Karton oder Kunststoff oder ein Hybridmaterial aus mehreren Papier- und Kunststoffschichten oder ein Laminat aus mehreren Papier- und/oder Kunststoffschichten.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung;
3 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung;
4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Transportbandes in 1 in schematischer Draufsicht;
5 ein zweites Ausführungsbeispiel des Transportbandes in 1 in schematischer Draufsicht;
6 ein drittes Ausführungsbeispiel des Transportbandes in 1 in schematischer Draufsicht;
7 ein viertes Ausführungsbeispiel des Transportbandes in 1 in schematischer Draufsicht;
8 ein viertes Ausführungsbeispiel des Transportbandes in 1 in der Draufsicht.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Oberflächenbeschichtung eines Substrats 2, umfassend eine Transporteinrichtung 3, eine Vakuumansaugeinrichtung 4, eine Koronaeinrichtung 5 und eine Beschichtungseinrichtung 6.
Die Transporteinrichtung 3 ist als ein umlaufendes Transportband 31 ausgebildet, das auf zwei voneinander beabstandeten Umlenkwalzen 32 gelagert ist, wobei eine der Umlenkwalzen 32 als eine Antriebswalze 32a ausgebildet ist. Das Transportband 31 ist in der in 1 gezeigten Ausführung als ein nahtloses Band aus Edelstahl ausgebildet.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Transportband 31 als ein Gliederband aus plattenförmigen Gliedern ausgebildet ist, wobei benachbarte Glieder durch ein Drehgelenk so miteinander verbunden sind, dass sie im gestreckten Zustand eine spaltfreie Auflagefläche bilden. Vorteilhafterweise kann das Transportband 31 bei dieser in den Figuren nicht dargestellten Ausbildung randseitige Transportausnehmungen aufweisen, die mit korrespondierenden Zahnkränzen zusammenwirken, die mit den Umlenkwalzen 32 drehstarr verbunden sind.
Das Transportband 31 läuft in einer Transportrichtung 31t um. Das Substrat 2 ist in einem Transportabschnitt des Transportbandes 31 auf dem Transportband 31 angeordnet und ist durch Unterdruck auf dem Transportband 31 fixiert. Das Substrat 2 wird entsprechend der Transportrichtung 31t des Transportbandes 31 in einer Transportrichtung 2t bewegt, die der Transportrichtung 31 in dem Transportabschnitt entspricht.
Das Transportband 31 ist im Bereich der Koronaeinrichtung 5 und im Bereich der Beschichtungseinrichtung 6 auf einer Auflageeinrichtung 7 gelagert. Die Beschichtungseinrichtung 6 ist stromabwärts hinter der Koronaeinrichtung 5 angeordnet.
Die unter der Koronaeinrichtung 5 angeordnete Auflageeinrichtung 7 ist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel aus vier Auflagewalzen 71 ausgebildet, die in Längserstreckung des Transportbandes 31 nebeneinander angeordnet sind. Die Auflagewalzen 71 können dabei insbesondere mit derselben Geschwindigkeit rotieren, wie sich das aufliegende Transportband 31 bewegt, sodass eine möglichst geringe Reibung zwischen den Auflagewalzen 71 und dem Transportband 31 entsteht. D.h. die Auflagewalzen 71 haben an ihrem Umfang dieselbe Geschwindigkeit wie das aufliegende Transportband 31. Die vier Auflagewalzen 71 sind starr oder einstellbar drehbar gelagert. Die Drehachsen der Auflagewalzen 71 können an ihrer außenseitigen Lagerstelle so einstellbar befestigt sein, dass beispielsweise eine Einstellung mit einer exzentrischen Lagerung und entsprechender Fixierung der Lagerung eine Einstellung der Drehachsen relativ zum Transportband 31 möglich ist. Die Drehachsen der Auflagewalzen 71 sind quer zu der Transportrichtung 31t des Transportbandes 31 ausgerichtet. Alternativ oder zusätzlich zu den Auflagewalzen 71 kann auch eine plattenförmige Auflage insbesondere als fest stehender Stützkörper vorgesehen sein.
Die unter der Beschichtungseinrichtung 6 angeordnete Auflageeinrichtung 7 weist eine Auflagewalze 71 auf, deren Drehachse ebenfalls quer zu der Transportrichtung 31t des Transportbandes 31 ausgerichtet ist.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die maximale Durchbiegung des Transportbandes 31 bei betriebsmäßiger Belastung im Bereich von 1 µm bis 10 µm. Durch eine derartig geringe Durchbiegung kann das Transportband besonders vorteilhaft als mechanisches Gegenlager für das Substrat dienen.
Das Transportband 31 weist eine Dicke im Bereich von 0,2 mm bis 1 mm auf, bevorzugt im Bereich von 0,3 mm bis 0,5 mm.
Das Transportband 31 ist aus einem Material ausgebildet, das einen Härtegrad im Bereich von 450 HV10 bis 520 HV10, vorzugsweise im Bereich von 465 HV10 bis 500 HV10 aufweist.
Das Transportband 31 kann aus einer Stahllegierung ausgebildet sein, bevorzugt aus Edelstahl. Es kann auch vorgesehen sein, das Transportband aus Kupfer, Aluminium oder Titan ausgebildet ist.
Die dem Substrat 2 zugewandte Oberfläche des Transportbandes ist poliert, d.h. sie weist eine Rautiefe kleiner als 0,3 µm auf.
Das Transportband 31 ist als ein Vakuumsaugband 31v mit Durchgangslöchern 31d (siehe 4 bis 8) ausgebildet, über die ein Unterdruck auf der Oberseite des Transportbandes 31 ausbildbar ist, welcher das Substrat 2 auf dem Transportband 31 fixiert. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Unterdruck im Bereich von 0,1 bar bis 1 bar.
Die Durchgangslöcher 31 können als insbesondere kreisförmige Bohrungen und/oder insbesondere ellipsenförmige Langlöcher und/oder Schlitze und/oder Rauten ausgebildet sein.
Über ein an der dem Substrat 2 abgewandten Seite des Transportbandes 31 angeordnetes Dichtelement 42 ist ein über dem Dichtelement 42 angeordneter Abschnitt des Transportbandes 31 mit einem Ansaugkopf 41 der Vakuumansaugeinrichtung 4 gasdicht oder annähernd gasdicht verbunden. Das Dichtelement 42 ist als eine umlaufende Dichtlippe ausgebildet. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Ansaugkopf 41 vorgesehen, wobei der Ansaugkopf 41 unter der Koronaeinrichtung 5 angeordnet ist. Die Vakuumansaugeinrichtung 4 ist mit einer Vakuumpumpe 43 ausgebildet, deren Eingang mit dem Ansaugkopf 41 verbunden ist.
4 und 8 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des Vakuumsaugbandes 31v. Als Bohrungen mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildete Durchgangslöcher 31d sind in einem Raster angeordnet. Die Durchgangslöcher 31d können einen Durchmesser im Bereich von 0,2 mm bis 5 mm, bevorzugt in einem Bereich von 0,3 mm bis 2 mm aufweisen oder einen einem kreisförmigen Loch vorgenannten Durchmessers entsprechenden Flächeninhalt aufweisen. In dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Durchgangslöcher 31d einen Durchmesser von 1 mm auf.
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem die Durchgangslöcher 31d als rautenförmige Langlöcher ausgebildet sind, die in einem Raster angeordnet sind.
6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem die Durchgangslöcher 31 bereichsweise mit einer unterschiedlichen Kontur ausgebildet sind. In einem mittleren Bereich sind die Durchgangslöcher 31d rautenförmig ausgebildet. In den beiden Randbereichen sind die Durchgangslöcher 31 mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Auch das Raster ist bereichsweise unterschiedlich ausgebildet.
6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem die Durchgangslöcher 31d zufällig verteilt angeordnet sind.
Wie die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen, kann das Raster regelmäßig oder unregelmäßig oder zufällig ausgebildet sein.
Die Koronaeinrichtung 5 weist ein an der Unterseite offenes Gehäuse 51 auf, in dem eine Elektrode 52 angeordnet ist. Die Elektrode 52 ist als eine luftgekühlte Keramik-Elektrode ausgebildet und über dem Substrat 2 angeordnet. Das Transportband 31 bildet eine Gegenelektrode 31e, die insbesondere geerdet ist. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Elektrode 52 einen Querschnitt von 16 mm × 16 mm auf und eine Länge, die der Breite des Transportbandes 31 entspricht (hier: 350 mm). Dabei kann die Koronaeinrichtung 5 mit ihrer Längserstreckung quer zur Transportrichtung 31t des Transportbandes 31 angeordnet sein. Die Elektrode 52 ist als Kathode geschaltet. Die Gegenelektrode 31e ist als Anode geschaltet. Zwischen der Elektrode 52 und der Gegenelektrode 31e ist ein Koronaspalt 5l ausgebildet, zwischen dem die Koronaentladung erzeugt wird. Der Koronaspalt 5l ist einstellbar, insbesondere höheneinstellbar und beträgt in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel 1 mm bis 2 mm. Dadurch kann ein möglichst kleiner Koronaspalt 5l einstellbar sein, beispielsweise abhängig von der Dicke und/oder vom Material des Substrats 2, um das das Substrat 2 umschließende und/oder durchdringende elektrische Feld anpassen zu können.
An die Elektrode 52 und die Gegenelektrode 31e ist eine hohe elektrische Spannung angelegt, die durch einen Hochfrequenzgenerator 54 mit einem Frequenzbereich von 10 kHz bis 60 kHz erzeugt wird und in dem Luftspalt 5l eine Feldstärke von 20 kV/cm bis 30 kV/cm ausbildet. Durch Feldionisation werden Ionen gebildet, die im elektrischen Feld beschleunigt werden und sich an die Oberfläche des Substrats 2 anheften.
Durch die Bildung polarer, funktionieller Gruppen kann der polare Anteil der Oberflächenspannung des Substrats 2 angehoben werden. Die Oberfläche des Substrats 2 wird elektrisch aufgeladen, die Oberflächenenergie des Substrats 2 wird erhöht. Für eine gute Benetzung des Substrats 2 mit einer Flüssigkeit, also z.B. eines UV-Klebers oder einer Drucktinte, sollte die Oberflächenspannung des Substrats 2 ca.10 mN/m bis 15 mN/m höher liegen, als die Oberflächenspannung der Flüssigkeit. Beispielsweise kann die Oberflächenspannung einer Tinte zwischen 20 mN/m bis 25 mN/m und die Oberflächenspannung eines zu bedruckenden folienförmigen Substrats 2 zwischen 30 mN/m bis 35 mN/m liegen. Mittels der Koronaeinrichtung 5 kann die Oberflächenspannung des Substrats 2 auf ca. 40 mN/m bis 45 mN/m angehoben werden, wodurch sich dieses Substrat 2 bedrucken lässt.
Die Koronaeinrichtung 5 weist eine gasdicht mit dem Gehäuse 51 verbundene Absaugvorrichtung 53 zur Ozonabsaugung auf. Durch die Ionisation der Luft in dem Luftspalt 5l entsteht Ozon, welches abgesaugt oder vernichtet werden muss. Die ozonhaltige Abluft wird über einen Abluftschlauch geführt und außerhalb des Fertigungsraumes abgeführt. Optional kann die ozonhaltige Abluft vor der Ableitung in die Umwelt durch einen Ozonvernichter geleitet werden, beispielsweise ein Aktivkohlefilter. Auf diese Weise können 99,5 % des Ozons vernichtet werden. Der Abbluftschlauch kann beispielsweise eine Länge von 12 bis 15 m aufweisen. Eine Förderleistung von 4,9 m³/min hat sich bewährt. Die Absaugvorrichtung 53 bildet gleichzeitig eine Kühlvorrichtung für die Elektrode 52.
Die Beschichtungseinrichtung 6 ist als eine Prägevorrichtung 65 zur Übertragung einer auf einer Trägerschicht einer Transferfolie 66, insbesondere einer Heißprägefolie oder Kaltprägefolie angeordneten Übertragungsschicht auf das Substrat 2 ausgebildet.
Eine Prägewalze 67 der Prägevorrichtung 65 weist an ihrem Außenumfang eine Beschichtung aus einem Elastomer mit einer Dicke im Bereich von 3 mm bis 10 mm auf, bevorzugt im Bereich von 5 mm bis 10 mm. Bei dem Elastomer handelt es sich vorzugsweise um Silikonkautschuk. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Silikonkautschuk eine Härte von 80° Shore A auf. Die im Bereich der Prägevorrichtung 65 angeordnete Auflagewalze 71 bildet eine Gegendruckwalze für die Prägewalze 67.
In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Unterschied zu 1 zwei Ansaugköpfe 41 vorgesehen, wobei der eine Ansaugkopf 41 unter der Koronaeinrichtung 5 und der andere Ansaugkopf 41 unter der Beschichtungseinrichtung 6 angeordnet ist. Die Vakuumansaugeinrichtung 4 ist mit einer Vakuumpumpe 43 ausgebildet, deren Eingänge mit den beiden Ansaugköpfen 41 verbunden sind.
Die in 3 dargestellte Vorrichtung 1 ist wie die in 2 dargestellte Vorrichtung ausgebildet, mit dem Unterschied, dass die Beschichtungseinrichtung 6 als eine Druckeinrichtung 61 ausgebildet ist, umfassend eine Druckwalze 62 und eine Farbauftragsvorrichtung 63. Es können auch andere Druckeinrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise eine Druckeinrichtung nach dem Siebdruckprinzip und/oder nach dem Tintenstrahlprinzip.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Substrat
2t: Transportrichtung
3: Transporteinrichtung
3t: Transportrichtung
4: Vakuumansaugeinrichtung
5: Koronaeinrichtung
5l: Luftspalt
6: Beschichtungseinrichtung
7: Auflageeinrichtung
31: Transportband
31d: Durchgangsloch
31e: Gegenelektrode
31t: Transportrichtung
31v: Vakuumsaugband
32: Umlenkwalzen
32a: Antriebswalze
41: Ansaugkopf
42: Dichtelement
43: Vakuumpumpe
51: Gehäuse
52: Elektrode
53: Absaugvorrichtung
54: Hochfrequenzgenerator
61: Druckeinrichtung
62: Druckwalze
63: Farbauftragseinrichtung
65: Prägevorrichtung
66: Transferfolie
67: Prägewalze
71: Auflagewalze

Claims

Vorrichtung (1) zur Oberflächenbehandlung eines Substrats (2), aufweisend eine Transporteinrichtung (3), eine Vakuumansaugeinrichtung (4), eine Koronaeinrichtung (5) und eine Beschichtungseinrichtung (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (3) ein Transportband (31) aufweist, dass das Transportband (31) als ein Vakuumsaugband (31v) der Vakuumsaugeinrichtung (4) ausgebildet ist, und dass das Transportband (31) als eine Gegenelektrode (31e) der Koronaeinrichtung (5) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportband (31) auf zwei voneinander beabstandeten Umlenkwalzen (32) gelagert ist, wobei eine der Umlenkwalzen (32) als eine Antriebswalze (32a) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportband (31) als ein umlaufendes Band ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportband (31) im Bereich der Koronaeinrichtung (5) und/oder der Beschichtungseinrichtung (6) auf einer Auflageeinrichtung (7) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageeinrichtung (7) eine Auflagewalze (71) oder mehrere Auflagewalzen (71), die in Längserstreckung des Transportbandes (31) nebeneinander angeordnet sind, aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportband (31) eine Dicke im Bereich von 0,2 mm bis 1 mm aufweist, bevorzugt im Bereich von 0,3 mm bis 0,5 mm aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportband (31) aus einem Material ausgebildet ist, das einen Härtegrad im Bereich von 450 HV10 bis 520 HV10, vorzugsweise im Bereich von 465 HV10 bis 500 HV10 aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportband (31) so ausgebildet und/oder gelagert ist, dass seine maximale Durchbiegung bei betriebsmäßiger Belastung im Bereich von 1 µm bis 10 µm liegt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Substrat (2) zugewandte Oberfläche des Transportbandes (31) poliert ist, d.h. eine Rautiefe kleiner als 0,3 µm aufweist
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportband (31) aus einer Stahllegierung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportband (31) aus Edelstahl ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportband (31) aus Kupfer oder Aluminium oder Titan oder aus einer Legierung, die Kupfer und/oder Aluminium und/oder Titan enthält, ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportband (31) als ein nahtloses Band ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportband (31) mehrere Teiltransportbänder aufweist, die in Transportrichtung (31t) aneinander anschließend angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Teiltransportbändern ein Auflageelement angeordnet ist, das den Abstandsraum zwischen den benachbarten Teiltransportbändern spaltfrei überbrückt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportband (31) als ein Gliederband aus plattenförmigen Gliedern ausgebildet ist, wobei benachbarte Glieder durch ein Drehgelenk so miteinander verbunden sind, dass sie im gestreckten Zustand eine spaltfreie Auflagefläche bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportband (31) randseitige Transportausnehmungen aufweist, und dass die Umlenkwalzen korrespondierende Zahnkränze aufweisen, die in die Transportausnehmungen eingreifen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportband (31) Durchgangslöcher (31d) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher (31d) als Bohrungen und/oder Langlöcher und/oder Schlitze und/oder Rauten ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher (31d) in einem Raster angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Raster regelmäßig oder unregelmäßig oder zufällig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Raster bereichsweise unterschiedlich ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher (31d) einen Durchmesser im Bereich von 0,2 mm bis 5 mm, bevorzugt in einem Bereich von 0,3 mm bis 2 mm aufweisen oder einen einem kreisförmigen Loch vorgenannten Durchmessers entsprechenden Flächeninhalt aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dem Substrat (2) abgewandten Seite des Transportbandes (31) und einem Ansaugkopf (41) der Vakuumansaugeinrichtung (4) ein Dichtelement (42) mit einer umlaufenden Dichtlippe angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck der Vakuumansaugvorrichtung (4) im Bereich von 0,1 bar bis 1 bar liegt, bevorzugt im Bereich von 0,1 bar bis 0,75 bar liegt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koronaeinrichtung (5) ein an seiner Unterseite offenes Gehäuse (51) aufweist, in dessen unteren Endabschnitt eine Elektrode (52) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (52) der Koronaeinrichtung (5) die Kathode und das Transportband (31) als Gegenelektrode die Anode der Koronaeinrichtung (5) bilden, wobei zwischen der Kathode und der Anode ein Koronaspalt (5l) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Koronaspalt (5l) einstellbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungseinrichtung (6) als eine Druckeinrichtung (61) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungseinrichtung (6) als eine Prägevorrichtung (65) zur Übertragung einer auf einer Trägerschicht einer Transferfolie (66) angeordneten Übertragungsschicht auf das Substrat (2) ausgebildet ist.