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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung mit anschließender Beschichtung eines Substrats gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Beschichtungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8, ein beschichtetes Substrat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13 und ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 15.
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Auf dem Gebiet der Vorbehandlung- und Beschichtungstechnik sind unterschiedliche Verfahren und Vorrichtungen bekannt.
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Häufig sollen dabei randscharfe Applikationen auf einem Substrat hergestellt werden und somit nur Teilbereiche des Substrats konturgenau beschichtet werden. Dies ist beispielsweise bei Lackierprozessen bekannt, beispielsweise für Fahrzeugteile.
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Konventionell ist zur Herstellung randscharfer Applikationen eine aufwendige Maskierung auszusparender Bereiche erforderlich.
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Ein bekanntes Applikationsverfahren für ein Beschichtungsmittel geht beispielsweise aus der
DE 10 2013 002 412 A1 hervor.
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Die
WO 2016/075427 A1 offenbart weiterhin ein Maskierungselement, das eine hohe Oberflächenenergie aufweist, um eine Anhaftung von Farbe zu ermöglichen.
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Die
DE 10 2007 020 655 A1 beschreibt ein weiteres Beschichtungsverfahren, in dem ein flüssiger Precursor auf eine zu beschichtende Oberfläche aufgebracht wird.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte technische Lösung zu schaffen, mit der randscharfe Applikationen einfach und flexibel herstellbar sind.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1, 8, 13 und 15 gelöst. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung und Beschichtung eines Substrats, umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen des Substrats, das einen Applikationsbereich für die Beschichtung umfasst sowie einen an den Applikationsbereich angrenzenden Bereich, in dem keine Beschichtung hergestellt werden soll; und
- - Aufbringen einer Beschichtung auf den Applikationsbereich.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass vor Aufbringen der Beschichtung eine Vorbehandlung des Bereichs und/oder des Applikationsbereichs erfolgt, so dass eine Benetzbarkeit des Applikationsbereichs höher ist, als eine Benetzbarkeit des angrenzenden Bereichs.
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Im Ausgangszustand weist das Substrat beispielsweise eine einheitliche Benetzbarkeit auf. Nach der Vorbehandlung kann der angrenzende Bereich beispielsweis immer noch die Benetzbarkeit des Ausgangszustands aufweisen und die Benetzbarkeit des Applikationsbereichs kann demgegenüber erhöht sein. Nach der Vorbehandlung kann der angrenzende Bereich beispielsweis auch eine geringere Benetzbarkeit, als im Ausgangszustands aufweisen und die Benetzbarkeit des Applikationsbereichs der des Ausgangszustands entsprechen. Auch kann nach der Vorbehandlung der angrenzende Bereich beispielsweis eine geringere Benetzbarkeit, als im Ausgangszustands aufweisen und die Benetzbarkeit des Applikationsbereichs kann gegenüber dem Ausgangszustand erhöht sein. Im Ausgangszustand muss das Substrat aber nicht zwingend eine einheitliche Benetzbarkeit aufweisen. Wenn der Applikationsbereich und der angrenzende Bereich bereits unterschiedlich gut benetzbar sind, kann der Unterschied beispielsweis auch überkompensiert werden. Der Fachmann legt das Verfahren anhand der hierin offenbarten Lehre vorzugsweise so aus, dass die Benetzbarkeit im Applikationsbereich derart größer gegenüber der Benetzbarkeit im angrenzenden Bereich ist, dass die Beschichtung sozusagen in den Applikationsbereich hineingezogen wird, wenn beispielsweise auf Grund technischer Toleranzen beim Aufbringen ein Teil der Beschichtung in einen Randbereich zwischen Applikationsbereich und angrenzendem Bereich gelangt.
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Durch die erfindungsgemäße Veränderung der relativen Benetzbarkeit des Applikationsbereichs und des angrenzenden Bereichs wird vorteilhaft erreicht, dass die Beschichtung selbstständig eine scharfe Grenze am Applikationsbereich ausbildet. Eine aufwendige Maskierung kann somit entfallen. Auch können der Applikationsbereich und der angrenzende Bereich in ihrer Kontur durch die Vorbehandlung definiert werden, wodurch die erzeugbaren Beschichtungen in ihrer Form sehr flexibel gestaltet werden können.
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Im Anschluss erfolgt vorzugsweise ein Trocknen der Beschichtung. Da das Verfahren von geringer technischer Komplexität ist, kann es bevorzugt automatisiert durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Substrat oder auch mehrere Substrate zur Beschichtung in eine Beschichtungsanlage gefahren werden.
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In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bereich derart vorbehandelt wird, dass seine Benetzbarkeit reduziert wird.
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Vorzugsweise erfolgt die Vorbehandlung mit einem UV-Laser. Dieser bietet bei vielen Materialien eine effiziente und flexible Möglichkeit, die Oberflächenenergie herabzusetzen.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass der Applikationsbereich derart vorbehandelt wird, dass seine Benetzbarkeit erhöht wird.
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Vorzugsweise erfolgt die Vorbehandlung mit einem Atmosphärendruckplasma. Dieser bietet bei vielen Materialien eine effiziente und flexible Möglichkeit, die Oberflächenenergie zu erhöhen. Vorteilhafterweise kann das Verfahren ohne Erzeugung eines Vakuums durchgeführt werden.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass der Applikationsbereich derart vorbehandelt wird, dass seine Benetzbarkeit erhöht wird und dass der angrenzende Bereich derart vorbehandelt wird, dass seine Benetzbarkeit reduziert wird.
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Der Unterschied in der Benetzbarkeit des Applikationsbereichs und des angrenzenden Bereichs kann so maximiert werden.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass das Substrat in eine Beschichtungsanlage gefahren wird, die eine Vorbehandlungsvorrichtung umfasst, mit der die Vorbehandlung durchgeführt wird und eine Beschichtungsvorrichtung umfasst, mit der die Beschichtung aufgebracht wird.
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Auf diese Weise kann auf einfache und flexible Weise eine Vielzahl vorbehandelter und beschichteter Substrate erzeugt werden, insbesondere auch mit unterschiedlichen Beschichtungen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage, umfassend:
- - eine Vorbehandlungsvorrichtung, ausgebildet zur Vorbehandlung eines Substrats; und
- - eine Beschichtungsvorrichtung, ausgebildet zum Aufbringen einer Beschichtung auf das Substrat.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorbehandlungsvorrichtung ausgebildet ist, das Substrat derart vorzubehandeln, dass eine Benetzbarkeit des Applikationsbereichs höher ist, als eine Benetzbarkeit des angrenzenden Bereichs.
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Insbesondere kann die Beschichtungsanlage ausgebildet sein, ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß der vorhergehenden Beschreibung durchzuführen.
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Die Vorbehandlungsvorrichtung und die Beschichtungsvorrichtung können auch in einer Einheit zusammengefasst sein, um Taktzeiten zu erhöhen.
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Die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage kann zusätzlich natürlich auch ausgebildet sein, konventionelle Beschichtungsverfahren durchzuführen.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Beschichtungsanlage der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorbehandlungsvorrichtung eine UV-Lasereinrichtung umfasst.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Beschichtungsanlage der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorbehandlungsvorrichtung eine Atmosphärendruckplasmaeinrichtung umfasst.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Beschichtungsanlage der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorbehandlungs- und Beschichtungsanlage eine Transportvorrichtung für das Substrat und/oder eine Trocknungseinrichtung umfasst.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein beschichtetes Substrat, umfassend:
- - einen Applikationsbereich, in dem eine Beschichtung hergestellt ist; und
- - einen an den Applikationsbereich angrenzenden Bereich, in dem keine Beschichtung hergestellt ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Benetzbarkeit des Applikationsbereichs höher ist, als eine Benetzbarkeit des angrenzenden Bereichs.
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Insbesondere kann das erfindungsgemäß vorbehandelte und beschichtete Substrat in einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß der vorhergehenden Beschreibung hergestellt sein und/oder mit einer erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage gemäß der vorhergehenden Beschreibung hergestellt sein.
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Das vorbehandelte und beschichtete Substrat kann beispielsweise ein lackiertes Teil sein. Das lackierte Teil kann beispielsweise eine Fahrzeugkomponente oder auch eine Möbelkomponente sein. Das Substrat kann beispielsweise aus Metall, Holz bestehen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, umfassend ein erfindungsgemäß beschichtetes Substrat gemäß der vorhergehenden Beschreibung.
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Nochmals mit anderen Worten zusammengefasst, betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, in dem ein Substrat vorbehandelt wird. Es ist vorgesehen, dass eine Veränderung der relativen Benetzbarkeit eines Applikationsbereichs für die Beschichtung und eines angrenzenden Bereichs hervorgerufen wird, so dass die Beschichtung selbstständig eine randscharfe Applikation ausbildet.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer ersten Ausführungsform;
- 2 ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer zweiten Ausführungsform; und
- 3 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Beschichtung eines Substrats 10 in einer ersten Ausführungsform.
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Eine Oberfläche 12 des Substrats 10 ist lediglich zur Erläuterung hervorgehoben dargestellt. Das Substrat 10 ist in diesem Beispiel jedoch einschichtig.
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Das bereitgestellte Substrat 10 umfasst einen Applikationsbereich 14, in dem eine Beschichtung 28 hergestellt werden soll. Das Substrat 10 umfasst weiterhin einen an den Applikationsbereich 14 angrenzenden Bereich 16, in dem keine Beschichtung hergestellt werden soll.
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Das Substrat 10 wird in eine Beschichtungsanlage 18 gefahren, die lediglich schematisch über ihre Systemgrenze dargestellt ist. Hierzu kann eine nicht gezeigte Transportvorrichtung verwendet werden.
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Die Beschichtungsanlage 18 umfasst eine Vorbehandlungsvorrichtung 20. Die Vorbehandlungsvorrichtung 20 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine UV-Lasereinrichtung 22. Die Vorbehandlungsvorrichtung 20 wird verwendet, um eine Vorbehandlung des an den Applikationsbereich 14 angrenzenden Bereichs 16 durchzuführen.
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Durch die Vorbehandlung wird die Oberflächenenergie 24, symbolisiert durch die Minussymbole im Bereich 16 nach der Vorbehandlung, soweit reduziert, dass eine Benetzbarkeit des Applikationsbereichs 14 nach der Vorbehandlung höher ist, als die Benetzbarkeit des Bereichs 16.
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Die Beschichtungsanlage 18 umfasst weiterhin eine Beschichtungsvorrichtung 26. Mit der Beschichtungsvorrichtung 26 wird nun die Beschichtung 28 auf den Applikationsbereich 14 aufgebracht. Die Beschichtung 28 kann beispielsweise ein Lack sein.
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Auf Grund technisch kaum vermeidbarer Toleranzen kann die Beschichtung 28 jedoch in einem Randbereich 30, der den Applikationsbereich 14 und den Bereich 16 abgrenzt, nicht vollkommen trennscharf nur auf den Applikationsbereich 14 aufgebracht werden.
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Allerdings führt die verringerte Oberflächenenergie 24 im angrenzenden Bereich 16 dazu, dass die Beschichtung nur im Applikationsbereich 14 anhaftet und somit selbstständig eine trennscharfe Applikation 32 in Form der Beschichtung 28 ausbildet. Der Fachmann legt den Prozess hierzu so aus, dass die Benetzbarkeit im Applikationsbereich 14 derart größer gegenüber der Benetzbarkeit im Bereich 16 ist, dass die Beschichtung 28 im Randbereich 30 sozusagen in den Applikationsbereich 14 gezogen wird.
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Somit ist in dem Verfahren ein beschichtetes Substrat 34 entstanden, das die trennscharfe Applikation 32 nur im Applikationsbereich 14 aufweist.
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Die Beschichtungsanlage 18 kann weiterhin eine nicht dargestellte Trocknungseinrichtung umfassen, mit der die Applikation 32 vollständig getrocknet wird.
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Beschichtung eines Substrats 10 in einer zweiten Ausführungsform. Im Folgenden wird dabei nur auf die Unterschiede zur ersten Ausführungsform eingegangen.
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So umfasst die Vorbehandlungsvorrichtung 20 der Beschichtungsanlage 18 in diesem Ausführungsbeispiel eine Atmosphärendruckplasmaeinrichtung 36. Die Vorbehandlungsvorrichtung 20 wird hier verwendet, um eine Vorbehandlung des Applikationsbereichs 14 durchzuführen.
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Durch die Vorbehandlung wird die Oberflächenenergie 24, hier symbolisiert durch die Plussymbole im Applikationsbereich 14, soweit erhöht, dass eine Benetzbarkeit des Applikationsbereichs 14 nach der Vorbehandlung höher ist, als die Benetzbarkeit des Bereichs 16.
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Dann wird mit der Beschichtungsvorrichtung 26 die Beschichtung 28 auf den Applikationsbereich 14 aufgebracht.
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Dabei führt die erhöhte Oberflächenenergie 24 im Applikationsbereich 14 dazu, dass die Beschichtung nur im Applikationsbereich 14 anhaftet und somit selbstständig eine trennscharfe Applikation 32 in Form der Beschichtung 28 ausbildet.
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Somit ist das beschichtete Substrat 34 entstanden, das die trennscharfe Applikation 32 nur im Applikationsbereich 14 aufweist.
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Die Ausführungsformen der 1 und 2 können auch kombiniert werden. In diesem Fall wird der Applikationsbereich 14 derart vorbehandelt, dass seine Benetzbarkeit erhöht wird und der Bereich 16 derart vorbehandelt wird, dass seine Benetzbarkeit reduziert wird. Dies ist in 2 ergänzend schematisch angedeutet, durch die zusätzlichen Minussymbole 42 im Bereich 16 nach der Vorbehandlung.
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3 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 38. Das Fahrzeug 38 ist hier exemplarisch ein Kraftfahrzeug.
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Das erfindungsgemäß beschichtete Substrat 34, wie hergestellt in beispielsweise den 1 oder 2, bildet hier eine Fahrzeugkomponente 40. Exemplarisch handelt es sich um eine lackierte Fahrzeugkomponente im Innenraum des Fahrzeugs 38.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Substrat
- 12
- Oberfläche
- 14
- Applikationsbereich
- 16
- Bereich
- 18
- Beschichtungsanlage
- 20
- Vorbehandlungsvorrichtung
- 22
- UV-Lasereinrichtung
- 24
- Oberflächenenergie
- 26
- Beschichtungsvorrichtung
- 28
- Beschichtung
- 30
- Randbereich
- 32
- Applikation
- 34
- beschichtetes Substrat
- 36
- Atmosphärendruckplasmaeinrichtung
- 38
- Fahrzeug
- 40
- Fahrzeugkomponente
- 42
- zusätzliche Minussymbole
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013002412 A1 [0005]
- WO 2016/075427 A1 [0006]
- DE 102007020655 A1 [0007]
