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Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsvorrichtung mit mindestens einem Walzenpaar bestehend aus einer oder mehreren tiefer gelegenen Förderwalzen und einer darüber angeordneten Auftragungswalze, wobei die tiefer gelegene Förderwalze in einen zur Aufnahme eines Mediums bestimmten Behälter ragt, dem ein Körperschallerzeuger zugeordnet ist. Des Weiteren betrifft sie ein Verfahren zum Beschichten eines flächigen Werkstückes mit der Beschichtungsvorrichtung.
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In der Fertigungstechnik ist es oft notwendig Oberflächen von Werkstücken mit einem Pulver zu beschichten. Mit dem aktuellen Stand der Technik ist eine leichte Bepuderung der Oberfläche möglich.
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Die
DE 101 63 025 A1 beschreibt ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrats aus einem Fluidisierungsbehälter, einer Walze und eines Elektrodenpaares, das zwischen sich ein elektrisches Feld erzeugt um Pulverpartikel auf das Substrat zu befördern. Die
DE 40 13 061 A1 zeigt eine Einrichtung zum Fluidisieren von in einem Behälter befindlichen Pulver, das anschließend mit einer Sprühpistole in einer elektrostatischen Pulverbeschichtungsanlage auf ein Substrat aufgetragen wird. Die
DE 10 2007 029 578 B4 beschreibt ein Verfahren zum Beschichten eines flächigen Werkstückes, wobei ein Behälter durch eine Rüttelvorrichtung in Bewegung gebracht wird und die Pulverübertragung durch Adhäsionskräfte bewerkstelligt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beschichtungsvorrichtung so weiterzubilden, dass die Schichtdicke auf einem flächigen Werkstück regelbar ist. Aufgabe ist weiterhin, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei gegebenem konstruktivem Aufbau die Schichtdicke auf einem flächigen Werkstück erhöht und geregelt werden kann. Durch die vorliegende Erfindung und das vorliegende Verfahren werden deckende Schichten auf Oberflächen von Werkstücken ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Beschichtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung zeichnet sich dabei insbesondere dadurch aus, dass dem Behälter ein regelbarer Körperschallerzeuger zum Zerstäuben zugeordnet ist. Der Körperschallerzeuger überträgt durch den Behälter Körperschall in das in dem aufzunehmende Medium, dessen Partikel oder Körner durch Energieeintrag weniger stark interagieren und leichter vereinzelt werden können im Sinne des Fluidisierens oder Zerstäubens des Mediums für eine homogene Kontakthaftung von diesem an der Oberfläche der Förderwalze. In anderen Ausführungsformen kann der Körperschallerzeuger auch im Behälterboden oder in der Behälterwand integriert sein. Das Zerstäuben des Mediums macht die Anordnung der Förderwalze auch komplett außerhalb des Mediums möglich. Außerdem kann durch eine Regulierung des Körperschallerzeugers der Grad der Zerstäubung und schlussendlich der Grad der Schichtdicke des Mediums auf dem flächigen Werkstück beeinflusst werden. Der zum Fluidisieren verwendete Rüttelmotor oder das Eintragen von Pressluft in das Medium ist daher entbehrlich. Der Körperschallerzeuger wird auch Körperschallwandler oder Bodyshaker genannt.
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Der Beschichtungsvorrichtung ist mindestens ein Sprühdraht zugeordnet, der die Effektivität der Medienübertragung zwischen der Förderwalze und der Auftragungswalze, und anschließend auch zwischen der Auftragungswalze und dem Werkstück erhöht, indem er die Oberfläche der Auftragungswalze auflädt. An dem Sprühdraht können hohe elektrische Spannungen von 10 kV bis 100 kV anliegen, wodurch die Oberfläche der Auftragungswalze elektrostatisch aufgeladen wird. Um diesen Effekt zu erzielen, muss sich der Sprühdraht parallel und horizontal versetzt in Relation zu der Position der Auftragungswalze befinden. Der Sprühdraht ist in seiner Länge an die Zylinderhöhe der Auftragungswalze angepasst, um eine gleichmäßige Aufladung der Auftragungswalze zu gewährleisten. Zudem ist er auf der Vorderseite der Auftragungswalze angeordnet. Die Vorderseite der Auftragungswalze ist die Seite, auf der sich ein Punkt der Oberfläche der Auftragungswalze bei Rotation auf die Förderwalze zu bewegt. Die am Sprühdraht anliegende Spannung und die Position des Sprühdrahts in horizontaler und vertikaler Richtung sind einstellbar, sodass dadurch auch der Grad der Aufladung auf der Oberfläche der Auftragungswalze und schlussendlich auch der Grad der Schichtdicke auf dem flächigen Werkstück einstellbar ist. Die Einstellung der Position des Sprühdrahts in horizontaler und vertikaler Richtung findet über zwei Isolatoren statt, zwischen denen der Sprühdraht eingespannt ist. Die Isolatoren bestehen aus einem elektrisch isolierenden Material, um hohe Spannungen ohne einen unerwünschten Spannungsabfall zu ermöglichen. Zumindest die Oberfläche der Auftragungswalze muss aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen, sodass kein Ladungsausgleich stattfinden kann und das Medium an der Oberfläche der Auftragungswalze haftet. Dabei besteht die Oberfläche der Auftragungswalze insbesondere aus Gummi. Es muss beachtet werden, dass die Oberfläche der Auftragungswalze vor dem möglichen Kontakt mit der Förderwalze aufgeladen wird.
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Die Förderwalze des Walzenpaares besteht zumindest an ihrer Oberfläche aus einem, in Bezug auf das zu übertragene Medium, adhäsiven Material, insbesondere Filz. Das zerstäubte Medium wird über eine Rotationsbewegung der Förderwalze um ihre eigene Achse aufgenommen und haftet durch Adhäsionskräfte an der Förderwalze, es müssen keine elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen der Förderwalze und dem zerstäubten Medium vorliegen, können aber unterstützend genutzt werden, wenn durch den Sprühdraht auch die Förderwalze elektrostatisch geladen wird. Sowohl die Förderwalze als auch die Auftragungswalze sind unabhängig voneinander in beide Richtungen um ihre eigene Achse rotierbar.
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Um die mögliche Schichtdicke auf dem flächigen Werkstück weiter zu erhöhen, können mehrere Förderwalzen horizontal nebeneinander versetzt angeordnet werden. Durch die somit vervielfachte Förderung des zerstäubten Mediums aus dem Behälter und der resultierenden Überlagerung der Schichten auf dem flächigen Werkstück wird so ein Auftragen eines Vielfachen der Schichtdicke, die mit nur einem Walzenpaar erreicht wird, ermöglicht.
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Vor Gebrauch der Beschichtungsvorrichtung sind die Durchmesser beider Walzen des Walzenpaares frei wählbar. Durch eine Wahl der Durchmesser kann die Schichtdicke auf dem flächigen Werkstück weiter erhöht werden. Wenn der Durchmesser der Förderwalze beispielsweise halb so groß wie der Durchmesser der Auftragungswalze gewählt wird, erreicht man eine doppelt so große Schichtdicke auf dem flächigen Werkstück. Durch eine Erhöhung der Anzahl der Förderwalzen kann die Schichtdicke auf dem flächigen Werkstück ebenfalls erhöht werden. Doppelt so viele Förderwalzen führen zu einer doppelt so großen Schichtdicke.
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Zur Führung und Stabilisierung bei der Beschichtung des flächigen Werkstücks ist mindestens ein Paar Führungsrollen vorgesehen. Die Führungsrollen sind geerdet und führen das Werkstück ohne Abstand oder mit geeignetem Abstand über die Auftragungswalze. Die Wahl des Abstandes zwischen dem Werkstück und der höher gelegenen Walze ist abhängig von der gewünschten Schichtdicke auf dem Werkstück. In dieser Ausführungsform ist über der Auftragungswalze eine Andrückwalze angeordnet, die das Werkstück über dessen Oberseite, bei gewünschtem Kontakt des Werkstückes mit der Auftragungswalze, zusätzlich auf die Auftragungswalze andrückt. Die mechanische Medienübertragung von der Oberfläche der Auftragungswalze auf das Werkstück wird dadurch verbessert.
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Der Förderwalze sind ein oder mehrere Abstreifer zugeordnet, der die Dosierung des Mediums auf der Oberfläche der Förderwalze reguliert. Dazu ist der Abstreifer in seiner Position verstellbar. Die Menge des durch die Förderwalze aufgenommenen Mediums wirkt sich proportional auf die Schichtdicke des Mediums auf dem flächigen Werkstück aus. Somit wird auch über den Abstreifer Einfluss auf die Schichtdicke des Mediums auf dem flächigen Werkstück genommen.
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Die in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung beschriebenen Vorteile, vorteilhaften Ausgestaltungen und Wirkungen gelten in gleichem Maße für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Die Beschichtungsvorrichtung, wie zu diesem Punkt beschrieben, arbeitet mit einem Verfahren zum Beschichten eines flächigen Werkstückes, bei dem die Regulierung der Schichtdicke erwirkt wird. Dabei wird das Zerstäuben bzw. Fluidisieren des in dem Behälter aufgenommenen Mediums mit Hilfe eines regelbaren Körperschallerzeugers zur Homogenisierung und dadurch auch zur Erhöhung der Medienaufnahme durch die Förderwalze veranlasst. Durch die Regelung des Körperschallerzeugers wird der Grad der Medienaufnahme eingestellt und das Einbringen der Förderwalze im Medium oder über dem Medium ermöglicht.
Die Aufnahme des zerstäubten Mediums durch die Oberfläche der Förderwalze erfolgt über Adhäsionskräfte und wahlweise zusätzlich über Rotation der Förderwalze um seine eigene Achse. Der Abstreifer der Förderwalze wird anschließend zur Dosierung der Schichtdicke des Mediums auf der Oberfläche der Förderwalze eingesetzt. Der Sprühdraht lädt die Oberfläche der Auftragungswalze, nachfolgend kann die Übertragung des Mediums von der Förderwalze auf die Auftragswalze stattfinden. Die Rotationsrichtung innerhalb des Walzenpaares ist dabei frei wählbar. Das geerdete Werkstück wird über die Auftragungswalze mit Hilfe der geerdeten Führungsrollen geführt, wobei die Führungsrollen der Stabilisation des Werkstückes dienen. Die Übertragung des Mediums, das sich auf der Oberfläche der Auftragungswalze befindet, auf das zu beschichtende, geerdete Werkstück findet über die Wirkung des durch den Potentialunterschied entstandenen, elektrischen Feldes zwischen der Oberfläche der Auftragungswalze und geerdetem Werkstück statt.
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Das Verfahren ist auch mit einer Mehrzahl von horizontal angeordneten Walzenpaaren durchführbar. Eine Erhöhung der Walzenpaare erwirkt eine um ein Vielfaches erhöhte Schichtdicke des Mediums auf dem Werkstück durch das mehrmalige Auftragen des Mediums.
Es ist vorgesehen, dass die Förderwalze und die Auftragungswalze für eine effektivere Medienübertragung in entgegengesetzte Richtungen rotieren.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in der Figur nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
- 1 eine Seitenansicht der Beschichtungsvorrichtung.
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In der 1 ist eine Beschichtungsvorrichtung 1 gezeigt, wobei diese ein Walzenpaar 2 bestehend aus einer im bestimmungsgemäßen Gebrauch tiefer gelegenen Förderwalze 3 und einer im bestimmungsgemäßen Gebrauch höher gelegenen Auftragungswalze 4, einen Behälter 5 und einen Körperschallerzeuger 6 umfasst. Das Walzenpaar 3 ist so über dem Behälter 5 angeordnet, dass die Förderwalze 3 in ein sich ein einem Behälter 5 befindenden Medium ragt oder knapp über dem Medium angeordnet ist. Unter dem Behälter 5 ist ein regelbarer Körperschallerzeuger 6 so angeordnet, dass er Körperschall in das Medium einträgt und das in dem Behälter befindliche Medium zerstäuben bzw. fluidisieren kann. Beide Walzen 3, 4 lassen sich um ihre Zylinderachse in beide Richtungen rotieren. Die Walzen 3, 4 sind vor Gebrauch der Beschichtungsvorrichtung 1 in ihrem Durchmesser frei wählbar, sodass die Schichtdicke auf dem flächigen Werkstück weiter angehoben werden kann. Durch die Regulierung des Körperschallerzeugers 6 wird der Grad der Schichtdicke des Mediums auf einem flächigen Werkstück, dass über der Auftragungswalze 4 geführt wird, eingestellt und zusätzlich erwirkt der Körperschallerzeuger 6 durch die Überkopplung von Schallwellen in das sich in dem Behälter 5 befindende Medium die Homogenisierung der Schicht auf der Förderwalze 3.
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Parallel und horizontal versetzt zu der Position der Achsen beider Walzen 3, 4 befindet sich ein Sprühdraht 7. Da der Sprühdraht 7 die Auftragungswalze 4 aufladen soll, um die Medienübertragung von der Förderwalze 3 auf die Auftragungswalze 4, und die Medienübertragung von der Auftragungswalze 4 auf das Werkstück zu unterstützen, muss sich der Sprühdraht 7 parallel und horizontal versetzt in Relation zu der Position der Auftragungswalze 4 befinden. Der Sprühdraht 7 muss aus einem Material gebildet sein, dass das Anlegen hoher Spannungen (10 kV bis 100 kV) ermöglicht. In dieser Ausführungsform besteht der Sprühdraht 7 aus Platin. Jedes weitere Material, dass der Anforderung bzgl. der Spannung gerecht wird wäre als Material für den Sprühdraht 7 denkbar. Die Länge des Sprühdrahtes 7 ist an die Zylinderhöhe der Walzen 3, 4 angepasst, um eine gleichmäßige Aufladung des zerstäubten Mediums zu erzielen. Der Sprühdraht 7 ist auf der Vorderseite der Auftragungswalze 4 angeordnet, wobei die Vorderseite dadurch definiert ist, dass sich ein auf ihr befindlicher Punkt, der sich auf der Oberfläche der Auftragungswalze 4 befindet, bei Rotation der Auftragungswalze 4 auf die Förderwalze 3 zu bewegt. Die Spannung des Sprühdrahtes 7 ist regelbar, wodurch der Grad der Aufladung des zerstäubten Mediums und dadurch auch der Grad der Schichtdicke auf dem flächigen Werkstück einstellbar ist. Die Einstellung des Sprühdrahtes 7 in horizontaler und vertikaler Richtung wird über zwei Isolatoren 8 vorgenommen, zwischen welchen der Sprühdraht 7 eingespannt ist. Die Isolatoren 8 sind in dieser Ausführungsform als in der Länge verstellbare Stäbe ausgebildet, um die vertikale Einstellung des Sprühdrahtes 7 auszuführen. Die Stäbe können an dem Behälter 5 an verschiedenen Positionen befestigt werden, um die horizontale Einstellung des Sprühdrahtes 7 auszuführen. Jede andere Form die ein Einspannen und eine Verstellung der Position in horizontaler und vertikaler Richtung des Sprühdrahtes 7 begünstigen ist als Form der Isolatoren 8 anwendbar. Durch Wahl der Position des Isolators 8 und dadurch auch des Sprühdrahtes 7 wird ebenfalls auf den Grad der Aufladung der Oberfläche der Auftragungswalze 4 und dadurch auf die Schichtdicke des Mediums auf einem flächigen Werkstück Einfluss genommen. Die Isolatoren 8 bestehen aus elektrisch isolierendem Material, um hohe Spannungen am Sprühdraht ohne einen ungewollten Spannungsabfall zu ermöglichen. In diesem Ausführungsbeispiel bestehen die Isolatoren 8 aus PVC.
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In dieser Ausführungsform ist die Auftragungswalze 4 hohl ausgebildet, um das Gewicht der Beschichtungsvorrichtung 1 zu reduzieren. Wenigstens die Oberfläche der Auftragungswalze 4 besteht aus elektrisch isolierendem Material, um einen Ladungsausgleich zu verhindern und die Haftung des Mediums auf der Oberfläche der Auftragungswalze 4 zu gewährleisten. In dieser Ausführungsform besteht die Oberfläche der Auftragungswalze 4 aus Gummi.
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Die Oberfläche der Förderwalze 3 besteht mindestens aus einem, in Relation auf das zu übertragende Medium, adhäsiven Material. Dadurch kann das zerstäubte Medium über eine Rotationsbewegung der Förderwalze 3 um seine eigene Achse aufgenommen werden, wobei keine elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen der Förderwalze 3 und dem zerstäubten Medium vorliegen müssen. Die elektrostatischen Wechselwirkungen können aber unterstützend genutzt werden, wenn durch den Sprühdraht 7 auch die Förderwalze 3 elektrostatisch geladen wird.
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Die Förderwalze 3 und die Auftragungswalze 4 sind beide unabhängig voneinander um ihre eigene Achse rotierbar.
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Um die mögliche Schichtdicke auf dem flächigen Werkstück weiter zu erhöhen, können mehrere Förderwalzen 3 horizontal nebeneinander versetzt angeordnet werden.
Um die mögliche Schichtdicke zu auf dem flächigen Werkstück zu erhöhen kann außerdem das Walzenpaar 2 in der Beschichtungsvorrichtung 1 mehrmals horizontal nebeneinander angeordnet werden. Da so ein Vielfaches der Förderung des Mediums aus dem Behälter 5 möglich ist, wird durch die Überlagerung der Schichten auf dem flächigen Werkstück ein Auftragen eines Vielfachen der Schichtdicke, die mit nur einem Walzenpaar 2 möglich ist, erreicht.
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Um das flächige Werkstück bei der Beschichtung durch die Beschichtungsvorrichtung 1 zu stabilisieren sind ein oder mehrere PaareFührungsrollen 9 so angeordnet, dass das flächige Werkstück über die Auftragungswalze 4 geführt wird. Um die elektrostatische Wechselwirkung zwischen dem geerdeten, flächigen Werkstück und dem geladenen, zerstäubten Medium nicht zu schwächen sind die Führungsrollen 9 ebenfalls geerdet. Die Führung des flächigen Werkstückes kann ohne Abstand oder mit geeignetem Abstand über die Auftragungswalze 4 erfolgen. Durch diese Einstellung kann die Schichtdicke des Mediums auf dem flächigen Werkstück weiter reguliert werden. Eine Andrückwalze 11 ist in dieser Ausführungsform über der Auftragungswalze 4 so angeordnet, dass das Werkstück über dessen Oberseite durch die Andrückwalze 11, bei gewünschtem Kontakt mit der Auftragungswalze 4, zusätzlich auf die Auftragungswalze 4 angedrückt werden kann. Die mechanische Medienübertragung von der Auftragungswalze 4 auf das Werkstück kann so gefördert werden.
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In der Beschichtungsvorrichtung 1 befindet sich ein Abstreifer 10 zur Reduzierung der Schichtdicke auf der Förderwalze 3. Der Abstreifer 10 ist in seiner Position verstellbar, sodass eine Dosierung der Schicht des Mediums auf der Förderwalze 3 und damit auch auf dem flächigen Werkstück erwirkt wird.
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Mit einer derartigen Beschichtungsvorrichtung 1 lässt sich ein Verfahren durchführen, bei dem das Zerstäuben bzw. Fluidisieren des Mediums mit Hilfe eines regelbaren Körperschallerzeugers 6 zur Homogenisierung und dadurch auch zur Erhöhung der Medienaufnahme durch die Förderwalze 3 veranlasst wird. Die Regelung des Körperschallerzeugers 6 ermöglicht die Einstellung des Grades der Medienaufnahme der Förderwalze 3, wodurch das Einbringen der Förderwalze 3 im Medium oder über dem Medium, dass sich in dem Behälter 5 befindet, zugelassen wird. Das zerstäubte Medium wird durch die vorliegenden Adhäsionskräfte über die Oberfläche der Förderwalze 3 aufgenommen. Die Dosierung der Schichtdicke des Mediums auf der Förderwalze 3 und dadurch auch auf dem flächigen Werkstück wird über den in seiner Position verstellbaren Abstreifer 10 vorgenommen. Die Oberfläche der Auftragungswalze 4 wird durch den Sprühdraht 7 elektrostatisch aufgeladen, im Anschluss kann die Übertragung des Mediums von der Förderwalze 3 auf die Auftragungswalze 4 stattfinden. Die Rotationsrichtung innerhalb des Walzenpaares 2 ist dabei frei wählbar. Die Dosierung der Schichtdicke des Mediums auf der Auftragungswalze 4 wird über den in seiner Position verstellbaren Abstreifer 12 vorgenommen. Der Abstreifer 12 ist in einer bevorzugten Ausführungsform als Besen gebildet, sodass das abgestreifte Medium zurück in die Wanne fallen kann. Es ist auch denkbar als Abstreifer 12 eine Gummilippe oder eine Platte einzusetzen. Die Führungsrollen 9 führen das Werkstück stabilisiert über die Auftragungswalze 4, dabei wird das zerstäubte Medium, dass sich auf der Oberfläche der Auftragswalze 4 befindet, auf das zu beschichtende, geerdete Werkstück übertragen. Diese Übertragung findet über die Wirkung des elektrischen Feldes, dass über den Potentialunterschied der Oberfläche der Auftragungswalze 4 und des geerdeten flächigen Werkstücks entstanden ist, statt.
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Dieses Verfahren kann auch mit einer Mehrzahl von horizontal angeordneten Walzenpaaren 2 durchgeführt werden, sodass ein zur Mehrzahl äquivalentes Vielfaches der Schichtdicke auf dem flächigen Werkstück ermöglicht wird.
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Die Förderwalze 3 und die Auftragungswalze 4 rotieren in entgegengesetzte Richtungen, sodass eine effektivere Medienübertragung ermöglicht wird.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1
- Beschichtungsvorrichtung
- 2
- Walzenpaar
- 3
- Förderwalze
- 4
- Auftragungswalze
- 5
- Behälter
- 6
- Körperschallerzeuger
- 7
- Sprühdraht
- 8
- Isolator
- 9
- Führungsrollen
- 10
- Abstreifer
- 11
- Andrückwalze
- 12
- Abstreifer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10163025 A1 [0003]
- DE 4013061 A1 [0003]
- DE 102007029578 B4 [0003]
