DE10317919A1

DE10317919A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Beschichtung von Flachteilen

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Publication number: DE10317919A1
Application number: DE2003117919
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl.-Ing. Cudazzo (FH); Ulrich Dipl.-Ing. Strohbeck; Markus Beckmann; Sascha Hermann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: DE10317919B4; WO2004091805A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrats, insbesondere eines flachen Substrats, mit einem flüssigen oder partikulären Beschichtungsmaterial. Derartige Verfahren werden insbesondere im Bereich der Pulverlackapplikationen auf Flachmaterialien benötigt. Geeignete Anwendungsbereiche sind beispielsweise Stahl- und Aluminium-Bandmaterial (Coil), Metall- und Kunststofffolien, Papierbahnen, z. B. Tapeten, Blech-Platinen sowie Strangpressmaterialien (Profile, Rohre), Kunststoffplatten, Holz- und Holzwerkstoffplatten, z. B. MDF (mitteldichte Faserplatten) oder HDF (hochdichte Faserplatten), steinwollebasierende Akkustik-Dämmplatten und zwar sowohl flache Materialien ohne Kantenbeschichtung als auch flache oder profilierte Platten, bei denen auch die Kante mitbeschichtet wird. DOLLAR A Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet sich zwischen dem Auslaß einer Zerstäubungsvorrichtung und einer Transportvorrichtung für das Substrat mindestens ein elektrisch leitfähiges und/oder halbleitfähiges erstes Mittel zum weiteren Zerstäuben des Beschichtungsmaterials, das an Hochspannung legbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrats, insbesondere eines flachen Substrats, mit einem flüssigen oder partikulären Beschichtungsmaterial. Derartige Verfahren werden insbesondere im Bereich der Pulverlackapplikationen auf Flachmaterialien benötigt. Geeignete Anwendungsbereiche sind beispielsweise Stahl- und Aluminium-Bandmaterial (Coil), Metall- und Kunststofffolien, Papierbahnen, z.B. Tapeten, Blech-Platinen sowie Strangpressmaterialien (Profile, Rohre), Kunststoffplatten, Holz- und Holzwerkstoffplatten, z.B. MDF (mitteldichte Faserplatten) oder HDF (hochdichte Faserplatten), steinwollebasierende Akkustik-Dämmplatten und zwar sowohl flache Materialien ohne Kantenbeschichtung als auch flache oder profilierte Platten bei denen auch die Kante mitbeschichtet wird.
Weitere Anwendungsbereiche liegen in der elektrostatisch unterstützten Applikation von Schleifkorn auf Papier und Kunststofffolie, der Lötpulverapplikation auf Strangpressmaterialien sowie prinzipiell auch die Nasslackapplikation.
Zur elektrostatischen Pulverbeschichtung stehen bisher zwei Verfahren zur Verfügung:
Beim elektrostatischen Pulversprüh-Verfahren (EPS-Verfahren) wird das Pulver mittels Luft fluidisiert und über einen Schlauch zum Sprühorgan transportiert, wo es elektrostatisch aufgeladen und mittels Düsen auf das Substrat gesprüht wird. Die Abscheidung der aufgeladenen Pulverpartikel auf, dem geerdeten Substrat erfolgt durch elektrostatische Anziehungskräfte. Da hierbei nur ein Teil des versprühten Pulvers auf das Substrat gelangt, wird das nicht abgeschiedene Pulver (Overspray) mittels einer Absaugung aus der Beschichtungskabine entfernt und wieder dem Pulverbehälter zugeführt. In der Regel werden die Sprühaggregate mittels einer automatischen Hubeinrichtung auf- und abbewegt (vertikale Substratanordnung) bzw. hin- und herbewegt (horizontale Substratanordnung), um durch Überlappung der Lackierstreifen alle Bereiche der mittels einer Fördereinrichtung an den Sprühorganen vorbeibewegten Substrate beschichten zu können. Das EPS-Verfahren ist für Substrat-Fördergeschwindigkeiten bis zu ca. 15 m/min geeignet. Wesentliche Nachteile des EPS-Verfahrens sind

– die mit dem Einsatz von Sprühorganen verbundene Notwendigkeit des Einsatzes lüftungstechnischer Anlagen und Kabinentechnik sowie der damit verbundene hohe Platzbedarf und die hohen Investitionskosten,
– die hohen Luftvolumenströme bzw. Luftströmungsgeschwindigkeiten beim Aufsprühen des Pulvers auf die Substrate und die dadurch auftretenden Turbulenzen, verbunden mit Schichtdickenschwankungen und Partikelgrößenseparierungen, die zu Verschiebungen des Partikelgrößenspektrums im Pulverkreislauf und damit zu Beschichtungsstörungen führen,
– die bei hohen Substrat-Fördergeschwindigkeiten erforderlichen hohen Hubgeschwindigkeiten der Sprühaggregate, die zu zusätzlichen Luftströmungsturbulenzen im Sprühstrahlbereich und dadurch zu zusätzlichen Schichtdickenschwankungen führen sowie
– der hohe anlagen- und verfahrenstechnische Aufwand für die Rückgewinnung und Kreislaufführung des nicht auf den Substraten abgeschiedenen Pulvers, insbesondere beim Einsatz verschieden farbiger Pulver.

Die applizierbare Schichtdicke liegt beim EPS-Verfahren im Bereich von ca. 30–200 μm. Dünnschichtapplikationen mit Schichtdicken < 30 μm sind mit dieser Technik im allgemeinen nicht möglich, da bei den üblichen Schichtdickenschwankungen unterbeschichtete Bereiche unvermeidbar sind.
Beim Elektrostatischen Wirbelbadverfahren werden die Substrate nicht direkt besprüht, sondern innerhalb einer Kammer bzw. über einem Fluidisierbecken in einer Wolke aus aufgeladenem Pulver beschichtet. Die Abscheidung der Pulverpartikel auf den Substraten erfolgt hier nicht wie beim EPS-Verfahren durch die Kombination aus Aufsprühen mittels Luft und elektrostatischer Anziehung, sondern ausschließlich durch elektrostatische Kräfte. Nachteile dieses Verfahrens sind insbesondere

– die begrenzte Menge an abscheidbarer Pulvermenge pro Zeiteinheit und der dadurch nur geringe Durchsatz an zu beschichtender Oberfläche bzw. die dadurch nur geringen Prozessgeschwindigkeiten sowie
– die ungenaue und nur schwierig steuerbare Dosierung der applizierten Pulvermenge und die damit verbundenen Schwankungen der Schichtdicke.

Die erzielbaren Schichtdicken liegen beim elektrostatischen Wirbelbadverfahren im gleichen Bereich wie beim EPS-Verfahren, d.h. bei ca. 30 bis 200 μm. Dünnschichtapplikationen sind auch hier aufgrund der verfahrensbedingten Schichtdickenschwankungen im allgemeinen nicht möglich.
Aufgrund der oben skizzierten Nachteile der bisher üblichen Pulverbeschichtungsverfahren werden der größte Teil der zu beschichtenden Flachteile nasslackiert, Coil beispielsweise überwiegend im Walzenauftragsverfahren, flache Holzteile z.B. im Gießverfahren, profilierte MDF-Platten werden mit auf Druckluft- bzw. Airless-Zerstäubern basierenden Flachbeschichtungsverfahren mit niedrigen Fördergeschwindigkeiten von ca. 1 m/min lackiert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit dem flüssige oder partikuläre Beschichtungsmaterialien, insbesondere Pulver, in Schichten definierter Dicke mit hoher Konstanz und bei hohen Prozessgeschwindigkeiten vorzugsweise auf Flachteile aufgebracht werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 22 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Entscheidend an dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass das Beschichtungsmaterial, insbesondere Pulver, mittels einer sich rasch bewegenden, beispielsweise rotierenden, elektrisch leitfähigen und/oder halbleitfähigen Rollenbürste bzw. einer ähnlichen ersten Vorrichtung elektrostatisch aufgeladen wird. Diese Vorrichtung dient dabei als Elektrode. Sie ist elektrisch isoliert aufgebaut und wird mit einer Hochspannung zwischen 5 bis 100 kV (positiv oder negativ) belegt.
Vorteilhafterweise wird als derartiges erstes Mittel zum weiteren Zerstäuben des Beschichtungsmaterials eine Rollenbürste, beispielsweise mit Bürstenhaaren aus Metall oder elektrisch leitfähigem oder halbleitfähigem Kunststoff oder Keramik, ein rotierendes Zellenrad, ein rotierendes Geflecht, beispielsweise aus Draht, rotierende Stahlwolle oder auch eine vibrierende Leistenbürste oder andere vibrierende Gegenstände aus elektrisch leitfähigem oder halbleitfähigem Material verwendet. Die elektrisch leitfähigen und/oder halbleitfähigen Materialien besitzen vorteilhafterweise einen Durchgangswiderstand ≤ 10¹¹ Ohm. Dieses Mittel ist elektrisch isoliert aufgebaut und besitzt beispielsweise einen Schleifkontakt oder einen Kontakt über ein Kugellager zu einem Hochspannungserzeuger. Im Falle einer rotierenden Bürste und dergleichen, kann diese mit einer Drehzahl zwischen 1 und 100 U/s gedreht werden. Das Pulver wird dabei durch den Kontakt mit der Bürste sowie die auftretende Korona aufgeladen und elektrostatisch sowie mechanisch durch die Bewegung des Mittels zerstäubt.
Das Pulver scheidet sich mittels elektrostatischer Kräfte auf dem Substrat ab. Im Falle eines elektrisch leitfähigen geerdeten Substrats, beispielsweise eines metallischen Coils, ist keine weitere Unterstützung des Abscheidevorgangs erforderlich. Bei elektrisch isolierenden bzw. gering leitfähigen Substraten kann die Abscheidung durch Einsatz von zum Pulver gegenpolaren Ladung, beispielsweise von unipolar ionisierter Luft, auf der Rückseite des Substrats unterstützt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzen nun eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik. Insbesondere können viele bisher überwiegend bzw. ausschließlich mit Nasslackapplikationstechniken beschichtete Substrate in Zukunft pulverbeschichtet werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es jedoch auch möglich, Nasslackapplikationen durchzuführen, wobei das Mittel zum Zerstäuben des Beschichtungsmaterials hier feine elektrisch aufgeladene Lacktröpfchen erzeugt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich insbesondere für hohe Durchlaufgeschwindigkeiten des zu beschichtenden Substrats im Bereich bis zu 3 m/s. Darüber hinaus ist das Verfahren aufgrund der hohen Dosiergenauigkeit bei der Applikation des Beschichtungsmaterials über die gesamte Breite des Substrats auch für Anwendungen geeignet, bei denen nur eine geringe Menge an Be schichtungsmaterial bzw. eine dünne Beschichtung appliziert wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung können also insbesondere Pulverschichten definiert und mit einer bisher nicht möglichen Konstanz auch bei hohen Prozessgeschwindigkeiten aufgebracht werden. Vorzugsweise werden mit der vorliegenden Erfindung Flachteile beschichtet. Es ist jedoch auch möglich, profilierte Flachteile oder Kanten zu beschichten.
Aufgrund der reproduzierbar steuerbaren Menge des auf das Substrat übertragenen Beschichtungsmaterials, auch bei sehr geringen Mengen pro Zeiteinheit, sind im Gegensatz zum Stand der Technik Dünnschichtapplikationen bis zu wenigen Mikrometer-Dicke reproduzierbar möglich. Dies ermöglicht, den Anwendungsbereich von Pulverbeschichtungen erheblich zu erweitern, z.B. indem Nasslackapplikationen substituiert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Pulvermaterial ohne Verluste auf das Substrat übertragen, d.h. aufwändige technische Maßnahmen zur Rückgewinnung und Kreislaufführung des nicht auf dem Substrat abgeschiedenen Pulvers, wie sie bei der bisherigen elektrostatischen Pulverapplikation mittels Sprühorganen erforderlich sind, entfallen. Dies ist mit geringerem Platzbedarf sowie geringeren Investitionskosten verbunden. Da das Pulver nicht wie bei der herkömmlichen Technik aufgesprüht wird, entfällt der damit verbundene hohe Druckluftverbrauch.
Da bei einem Wechsel des Farbtons alle mit dem Pulver in Berührung kommenden Anlagenteile gereinigt werden müssen, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf grund der nicht notwendigen Rückgewinnungsanlage auch der Farbwechsel wesentlich einfacher als bei herkömmlichen Pulverbeschichtungsanlagen durchführbar.
Bei der erfindungsgemäßen Übertragung des Pulvers auf das Substrat treten die bei den elektrostatischen Pulverbeschichtungsverfahren nach dem Stand der Technik üblichen Schichtdickenschwankungen und Partikelgrößenseparierungen nicht auf. Die zu übertragende Pulvermenge kann in einem weiten Bereich reproduzierbar gesteuert werden, so dass konstante Schichtdicken sowohl bei geringen als auch bei hohen Fördergeschwindigkeiten des Substrats erzeugt werden können. Insbesondere können auch sehr dünne Schichten bis herab zu wenigen μm Dicke reproduzierbar erzeugt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ersetzt damit nicht nur die bisher für Pulverlackbeschichtungen üblicherweise eingesetzten EPS-Verfahren sondern insbesondere auch verschiedene Nasslackapplikationsverfahren wie Gießverfahren, Walzenauftragsverfahren oder Druckluft- und Airless-Zerstäubung im Flachbeschichtungsautomaten.
Erfindungsgemäß wird das Beschichtungsmaterial aus einem Fluidisierbehälter zugeführt, in den beispielsweise das Mittel zum weiteren Zerstäuben des Beschichtungsmaterials teilweise eintaucht. Das Pulver kann dabei auch bereits im Fluidisierbehälter vorgeladen werden, wie dies im elektrostatischen Wirbelbett mit Hilfe des Einsatzes von unipolar ionisierter Luft bereits bekannt ist.
Alternativ kann das Beschichtungsmaterial auch aus einem Spalt oder mehreren punktuellen Ausrieselöff nungen eines Fluidisierbehälters in den Einflussbereich des Zerstäubungsmittels ausgerieselt werden. Auch hier kann das Pulver im Fluidisierbehälter elektrostatisch vorgeladen werden. Eine weitere Möglichkeit, um das Beschichtungsmaterial von dem Fluidisierbehälter in den Einflussbereich des Zerstäubungsmittels zu bringen besteht darin, eine Transfervorrichtung, beispielsweise ein Transferband oder eine Transferwalze zu verwenden, die mittels eines elektrostatischen Wirbelbettes in einem Fluidisierbehälter mit Beschichtungsmaterial beschichtet wird. Hierzu kann das Transferband oder die Transferwalze auch in das Fluidbett eintauchen. Das Beschichtungsmaterial wird dann durch das Zerstäubungsmittel von dem Transferband oder der Transferwalze abgetragen, elektrostatisch aufgeladen und weiter zerstäubt und dann auf das Substrat aufgebracht. Das Transferband und/oder die Transferwalze weisen vorteilhafterweise, insbesondere an ihrer das Beschichtungsmaterial aufnehmenden und übertragenden Oberfläche, ein elektrisch halbleitendes oder isolierendes Material auf oder bestehen daraus, vorteilhafterweise mit einem Durchgangswiderstand ≥ 10⁷ Ω, vorteilhafterweise zwischen 10⁷ Ω und 10¹⁸ Ω, vorteilhafterweise zwischen 10⁹ Ω und 10¹⁸ Ω.
Vorteilhafterweise wird das applizierte Pulver in den Fluidisierbehälter kontinuierlich durch Pulverzudosierung ersetzt, um ein Konstantfüllniveau und damit gleich bleibende auf das Substrat übertragene Pulvermengen zu gewährleisten.
Vorteilhafterweise kann das erste Zerstäubungsmittel, beispielsweise die Bürste, auch unter einem Winkel um die Achse senkrecht zur Ebene, die durch die flächige Ausdehnung des Substrats aufgespannt wird, gegenüber dem Substrat bzw. der Substrattransportrichtung gedreht angeordnet sein. In Umkehrung dieses Prinzips kann auch das Substrat, beispielsweise zu beschichtende Platten, mit seiner Vorderkante schräg statt quer zu seiner Transportrichtung angeordnet sein, so dass in allen Fällen die vordere und hintere Kante bzw. die seitlichen Kanten gegenüber der Linie, auf der das Substrat durch das Zerstäubungsmittel aufgebracht wird, verdreht ist. In diesem Falle ist es dann möglich, auch seitliche Kanten und Profile mit zu beschichten.
Vorteilhafterweise können zwischen dem ersten Zerstäubungsmittel und dem Substrat auch weitere hochspannungsführende Elektroden angeordnet sein, wie es beispielsweise aus dem so genannten MSC-Verfahren (Material Science Corporation, siehe z. B. US 5,769,276 A ) bekannt ist. Bei diesem Verfahren erfolgt eine Koronaaufladung des Beschichtungspulvers ausschließlich durch Drahtelektroden, die unmittelbar vor dem Substrat angeordnet sind. Derartige Drahtelektroden können auch im vorliegenden Verfahren zusätzlich eingesetzt werden, um die elektrostatische Aufladung aufgrund der Koronaentladung des Zerstäubungsmittels, zu verstärken.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind je nach Einsatz eines geeigneten Dosiersystems variabel von sehr geringen Fördergeschwindigkeiten < 0,01 m/s (beispielsweise über Transferband oder Transferwalze dosiert) bis über 3 m/min (z. B. über ein Ausrieselverfahren aus einem Dosierspalt eines Fluidisierbehälters) einstellbar. Der zu dosierende Pulvermassestrom kann also je nach Fördergeschwindigkeit und Beschichtungsbreite zwischen 0,1 g/s und 5000 g/s, vorteilhafterweise zwi schen 1 g/s und 500 g/s oder auch außerhalb dieser Werte eingestellt werden. Die Nutzbreite der vorliegenden Vorrichtung ist sehr variabel und kann beispielsweise zwischen 1 mm und 10 m, vorteilhafterweise zwischen < 10 mm bis über 2 m betragen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere elektrisch isolierende oder auch elektrisch leitfähige Pulver verarbeitet werden, da das Pulver durch das Zerstäubungsmittel, beispielsweise eine rotierende Bürste, mittels Korona aufgeladen wird.
Im Folgenden sollen nun einige Beispiele erfindungsgemäßer Vorrichtungen und Verfahren beschrieben werden. Dabei zeigen die 1 bis 8 verschiedene erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Beschichtung von Substraten, beispielsweise Bändern (Coil) oder Platten mit Pulver oder tröpfchenförmigem Beschichtungsmaterial sowie 9 verschiedene Mittel zum weiteren Zerstäuben und elektrostatischen Aufladen des Beschichtungsmaterials.
Dabei werden in sämtlichen Figuren für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt eine Vorrichtung zur Beschichtung eines flachen Substrats 8 mit einem Beschichtungsmaterial 5, beispielsweise einem Pulver. Das Substrat 8 wird in Richtung des Pfeiles B mittels einer nicht dargestellten Transportvorrichtung transportiert und ist geerdet. Oberhalb der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats 8 befindet sich ein Fluidisierbehälter 1 mit einem Fluid aus Pulverpartikeln. Diesem Fluidisierbehälter wird die Fluidisierluft über einen Stutzen 3 in Richtung des Pfeiles A zugeführt. In dem Raum 4 oberhalb des Fluidbettes 2 befindet sich eine Hochspannung führende Walze 7 mit Bürstenhaaren aus Draht. Diese Hochspannung führende Walze 7 dreht sich in Richtung des Pfeiles D und taucht mit ihren Bürstenhaaren in das Fluidbett 2 ein. Sie dient im Wesentlichen dem Transfer und der Aufladung des Pulvers 5 mittels Koronaentladung, jedoch noch nicht unmittelbar zum Auftrag des Pulvers auf das Substrat 8. Diese Bürste 7 ist isoliert gelagert und beispielsweise über Schleifkontakte mit einer Hochspannungsquelle verbunden.
Neben dem Fluidbett 2 befindet sich ein Pulverauslass 6 aus dem Fluidisierbehälter 1, der am Boden des Fluidisierbehälters 1 endet, von wo das Pulver dann auf das Substrat 8 als Beschichtung 9 aufgebracht wird. An dem Auslass 6 unmittelbar über dem Substrat 8 befindet sich als Mittel zum weiteren Zerstäuben des Beschichtungsmaterials 5 eine Bürste 10, die aus Metall besteht und elektrisch isoliert gelagert ist. Sie ist weiterhin mit einer Hochspannungsquelle mit einer Spannung zwischen 1 und 500 kV verbunden. Diese Bürste rotiert nun mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,1 U/s und 500 U/s, vorteilhafterweise zwischen 1 U/s bis 100 U/s, vorteilhafterweise zwischen 5 U/s und 20 U/s. Das Pulver wird durch diese Bürste sowohl mechanisch zerstäubt als auch über Koronaentladung elektrisch aufgeladen, so dass oberhalb des Substrats 8 eine sehr feine, sehr stark elektrostatisch aufgeladene Pulverwolke entsteht. Diese schlägt sich als Beschichtung 9 auf dem Substrat 8 nieder, wenn das Substrat 8 in Richtung des Pfeiles B bewegt wird.
Optional kann auch die Fluidisierluft unipolar ionisiert sein, so dass bereits eine erste elektrostatische Aufladung des Pulvers 5 im Fluidbett 2 erfolgt.
Als Substrate können u. a. bandförmige Substrate (Coil) beschichtet werden oder auch plattenförmige Substrate, wie beispielsweise MDF-Platten und dergleichen. Als Alternativen zur rotierenden Bürste eignen sich bei den dargestellten Vorrichtungen Zellenräder, vibrierende Leistenbürsten, verschiedene Drahtgeflechte oder Stahlwolle oder auch andere elektrisch aufladbare und bewegbare Mittel.
In 2 ist eine ähnliche Vorrichtung wie in 1 dargestellt, wobei hier nunmehr kein flaches bandförmiges Substrat 8 beschichtet wird sondern ein plattenförmiges Substrat 8a bis 8c. Dieses ist auf einem Transportband 12 als Transportvorrichtung gelagert, die ihrerseits geerdet ist und das Substrat in Richtung des Pfeiles B bewegt. Bezüglich des Fluidisierbehälters 1 und der weiteren Anordnung der drehbaren Bürsten ist diese Anordnung identisch mit der in 1, wobei sie jedoch spiegelsymmetrisch verdoppelt ist. Es befinden sich also oberhalb des Fluidbettes in Transportrichtung der Substrate 8a bis 8c hintereinander angeordnet zwei Bürsten 7a, 7b und vor und hinter dem Fluidisierbett zwei Auslässe 6a, 6b, an deren Enden zwei Bürsten 10a, 10b angeordnet sind. Diese drehen sich in Richtung der Pfeile C1 bzw. C2 zerstäuben das Pulver 5a, 5b und laden es elektrostatisch aufgrund Koronaentladung auf. Unterhalb der Bürsten 10a und 10b sind zwei Ablenkbleche 11a und 11b angeordnet, die dazu führen, dass das Pulver 5a bzw. 5b unter einem schrägen Winkel von oben auf die, Oberfläche der Substrate 8a–8c auftrifft. Dadurch kann bewirkt werden, dass durch die Bürste 10a die Vorderkanten der Substrate 8a–8c und durch die Bürste 10b die rückseitigen Kanten der Substrate 8a–8c zusätzlich beschichtet werden.
2A zeigt eine Aufsicht auf die Anordnung der Substrate 8a–8c und der Bürsten 10a, 10b aus 2B. Auf dem Förderband 12 sind die Substrate 8a bis 8c in paralleler Weise zur Transportrichtung B ausgerichtet, d. h. ihre Seitenkanten sind parallel und ihre Vorder- und Hinterkanten sind quer zur Transportrichtung B orientiert. Allerdings sind der Fluidisierbehälter 1, die Auslässe 6a, 6b und die Bürsten 10a und 10b unter einem Winkel zur Linie der Vorder- und Hinterkanten der Substrate 8a–8c angeordnet. Da das Pulver nicht nur schräg von oben gegen die Transportrichtung B durch die Bürste 10a bzw. in Transportrichtung B durch die Bürste 10b sondern auch noch schräg auf die in Transportrichtung B rechte Seitenkante durch die Bürste 10a und schräg auf die entsprechende linke Seitenkante durch die Bürste 10b aufgestäubt wird, werden auch die Seitenkanten der Substrate 8a, 8b durch das Pulver 5a, 5b mit beschichtet.
3 zeigt eine weitere Vorrichtung, bei der, wie in 3C zu erkennen ist, ein Fluidisierbehälter 1 mit einem Fluidbett 2 oberhalb eines bandförmigen Substrats 8 angeordnet ist. Dieses Substrat 8 ist geerdet und wird in Richtung des Pfeiles B transportiert. Der Fluidisierbehälter 1 besitzt nun in Bewegungsrichtung B des Substrats 8 vorderseitig und rückseitig je eine Ausrieselöffnung 6a, 6b, über die das Pulver 5a, 5b auf Rollenbürsten 10a, 10a' bzw. 10b, 10b' aufgerieselt wird. Diese Rollenbürsten 10a, 10a' bzw. 10b, 10b' sind paarweise mit zueinander parallelen Drehachsen angeordnet, drehen sich in Richtung der Pfeile C1, C1' in 3A gegenläufig und sind mit Hochspannung aufgeladen. Diese Bürsten führen daher zu einer mechanischen Zerstäubung des Pul vers 5a bzw. 5b und einer starken elektrostatischen Aufladung aufgrund der Korona.
Hierdurch wird eine sehr feine und elektrostatisch aufgeladene Pulverwolke erzeugt, mit der eine sehr dünne und einheitliche homogene Beschichtung 9 auf dem Substrat 8 erzeugt werden kann. 3B zeigt eine Anordnung, bei der Platten 8 auf einem Transportband 12 angeordnet sind, wobei die Drehachse der Bürsten 10a, 10a', 10b, 10b', die Längsachsen der Ausrieselöffnungen 6a, 6b und die Orientierung des Fluidisierbehälters 1 quer zur Transportrichtung B unter einem Winkel zwischen 0° und 90° angeordnet sind. Hierdurch kann wiederum eine vorder- und rückseitige sowie insbesondere eine seitliche Kantenbeschichtung der Platten 8 erzielt werden.
Als Ausrieselöffnung 6a, 6b eignen sich zum einen spaltförmige Ausrieselöffnungen oder auch eine Aneinanderreihung punktförmiger Ausrieselöffnungen.
Für eine senkrechte Beschichtung kann eine Abwandlung der Vorrichtung gemäß 3 wie sie in 4 dargestellt ist, verwendet werden. Auch hier ist wiederum ein Fluidisierbehälter 1 vorgesehen, der Ausrieselöffnungen 6a, 6b besitzt. Unmittelbar vor den Ausrieselöffnungen 6a, 6b ist jeweils eine Hochspannung führende Rollenbürste 10a, 10b angeordnet, die das ausrieselnde Pulver 5 zerstäubt und elektrisch auflädt. Die Rollenbürsten 10a, 10b sind durch Leitbleche 11a, 12a bzw. 11b, 12b so abgeschirmt, dass diese einen in Richtung des Substrats 8 gerichteten Pulverkanal bilden. Hierdurch wird das Pulver von den Rollenbürsten 10a, 10b unmittelbar auf das Substrat gerichtet.
5 zeigt eine weitere Vorrichtung, wobei hier die Substrate in Form von Platten 8a bis 8f an einer Transportvorrichtung 14, 15 senkrecht aufgehängt sind. Diese Transportvorrichtung 14 transportiert die Substrate 8a bis 8f an einem Fluidisierbehälter 1 mit einem Stutzen 3 für die Zufuhr von Fluidisierluft vorbei. Zwischen dem Fluidisierbehälter 1 und den Substraten 8a bis 8f ist eine Rollenbürste 10 ebenfalls senkrecht angeordnet, d. h. mit senkrechter Drehachse. In senkrechter Richtung parallel zur Drehachse der Bürste 10 sind in dem Fluidisierbehälter 1 Ausrieselöffnungen 6a bis 6f angeordnet. Diese Größe der Öffnung der Ausrieselöffnungen 6a bis 6f nimmt nach unten ab. Durch diese Ausrieselöffnung wird Pulvermaterial auf die Bürste 10 aufgerieselt, die dieses zerstäubt und anschließend auf die Substrate 8a-8f aufträgt. Auch hier sind wiederum Leitbleche 13 zwischen dem Fluidisierbehälter 1 und der Rollenbürste 10 vorgesehen, die den Zwischenraum zwischen diesen beiden Elementen einschließlich der Ausrieselöffnungen 6a–6f nach außen abschirmen und so Pulververlust an die Umwelt vermeiden.
6, insbesondere 6B zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der eine Transfervorrichtung 20, 21a–21c, 22 zwischen dem Fluidisierbehälter 1 und der Hochspannung führenden Rollenbürste 10 angeordnet ist. Als Transfervorrichtung wird ein Transferband 20 verwendet, das über Umlenkrollen 21a, 21b, 21c unmittelbar an der Bürste 10 vorbeigeführt wird. Im weiteren Verlauf wird das Transferband 20 in Richtung der Pfeile E zum Fluidisierbehälter 1 transportiert und taucht dort in das Fluidbett 2 ein. Dabei nimmt es Pulver 5 auf und wird mit diesem Pulver wiederum zur Bürste 10 geführt. Die Bürste 10 streift dieses Pulver von dem Transferband ab, zerstäubt es und lädt es elektrostatisch auf. So wird wiederum eine Pulverwolke erzeugt, die als Beschichtung 9 auf einem bandförmigen Substrat 8 abgelegt wird. Sowohl das Substrat 8 als auch die Umlenkrollen 21a, 21b, 21c und das Transferband 20 sind geerdet.
In 6A ist ein Ausschnitt aus dem Beschichtungsbereich der 6B dargestellt. Das Transferband 20 wird unmittelbar an der Bürste 10 vorbeigeführt, die sich in Richtung des Pfeiles C dreht. Dadurch wird das auf dem Transferband 20 anhaftende, bereits im Fluidisierbett 2 elektrisch aufgeladene Pulver 5 durch die Bürste 10 vom Transferband 20 abgestreift und aufgrund der Hochspannung der Bürste mittels Koronaentladung weiter elektrostatisch aufgeladen. Das Pulver wird durch die Bürste in Richtung des Pfeiles H zum Substrat 8 geschleudert und dort als Beschichtung 9 abgeschieden.
In dem Beispiel in 6 liegt ein elektrisch leitfähiges Substrat 8 vor, das geerdet ist. Dieses Substrat erhält aufgrund des Pulvers 5 Influenzladungen, die die umgekehrte Polarität, nämlich positive Polarität, aufweisen. Diese können jedoch über die Erdung des Substrats 8 abfließen. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass das Substrat 8 vollständig und einheitlich beschichtet werden kann.
7 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der jedoch als Transfervorrichtung eine Walze 23 verwendet wird, die sich in Richtung des Pfeiles G bewegt. Diese Walze taucht in dem Fluidisierbehälter 1 in den Raum 4 oberhalb des Fluidbettes 2 ein. Sie ist selbst geerdet und nimmt elektrostatisch aufgeladenes Pulver 5 als Beschichtung auf. Das Pulver 5 wird jedoch zuvor durch eine hochspannungs führende, in Richtung des Pfeiles D rotierende Walze 7 elektrisch aufgeladen, die in das Fluidbett 2 eintaucht. Dadurch haftet das Pulver 5 an geerdeter Walze 23.
Zwischen der Transferrolle 23 und dem Substrat 8 befindet sich nun erfindungsgemäß wiederum ein Mittel 10, beispielsweise eine Rollenbürste 10, zum weiteren Zerstäuben des Pulvers 5. Diese Rollenbürste 10 führt Hochspannung, streift das Pulver 5 von der Transferrolle 23 ab, lädt es elektrostatisch stark auf und zerstäubt es obendrein mechanisch. Das so elektrostatisch aufgeladene Pulver 5 wird von der Bürste 10 in Richtung des Substrats 8 geschleudert und dort als Beschichtung 9 abgeschieden.
8 zeigt eine weitere entsprechende Vorrichtung wie in 7, wobei hier jedoch die Bürste 10, die sich in Richtung des Pfeiles C dreht, weiter von dem Substrat 8 entfernt ist. Auch hier ist wiederum die Dosier- bzw. Transferwalze 23 oder Transferrolle 23 leitfähig und geerdet und besitzt einen Mantel aus Isolierstoff. Die Dosierwalze 23 ist damit so aufgebaut wie in 7.
Die Dosierwalze 23 taucht hier sowohl in das Fluidbett 2 als auch in den Raum 4 oberhalb des Fluidbettes ein. Im Gegensatz zu 7 ist keine Walze 7 vorgesehen, sondern das Pulver 5 wird mittels unipolar ionisierter Fluidisierluft bereits elektrostatisch geladen, so dass es auf der Dosierwalze 23 sich niederschlägt. Zwischen der Dosierrolle 23 und der Wandung des Fluidisierbehälters 1 ergibt sich im Bereich des Fluidbettes 2 ein Spalt 24. Wird dieser klein genug gewählt, beispielsweise kleiner ca. 5 mm, vorteilhafterweise kleiner ca. 1 mm, so kann das Pul ver aus dem Fluidbett 2 nicht durch diesen Spalt 24 ausströmen. Damit ist die Abdichtung zwischen Fluidisierbehälter 1 und Rolle 23 gewährleistet.
Die Hochspannung führende Bürste 10 entfernt nun das Pulver 5 von der Dosierwalze 23, lädt es elektrostatisch stark auf und erzeugt einen Pulverstrahl in Richtung des Substrats 8, wo das Pulver 5 sich als Beschichtung 9 niederschlägt.
Sämtliche Ausführungsformen mit Transfervorrichtungen, wie in den 6 bis 8 dargestellt, haben den Vorteil, dass sich mittels einer Transfervorrichtung eine sehr genaue und auch geringe Dosierung des Pulvers 5 erzielen lässt. Damit lassen sich sehr dünne und homogene Beschichtungen 9 auf Substraten 8 erzeugen.
9 zeigt verschiedene Varianten eines ersten Mittels zum weiteren Zerstäuben des Beschichtungsmaterials, das auf Hochspannung legbar ist. In 9 ist eine Zellenradschleuse 10 dargestellt, die auf einer Achse 24 gelagert ist und sich in Richtung des Pfeiles C drehen kann. Eine derartige Zellenradschleuse kann statt der in den vorigen Beispielen beschriebenen rotierenden Bürsten eingesetzt werden.
In 9B ist ein rotierendes Drahtgeflecht 10 dargestellt, das eine Mittelachse 24 und daran angeordnet ein Drahtgeflecht aus Drähten 25 aufweist. Dieses Drahtgeflecht kann sich ebenfalls um die Längsachse der Welle 24 in Richtung des Pfeiles C drehen.
In 9C ist eine Leistenbürste 10 dargestellt, die ebenfalls eine Welle 24 als Lagerachse mit daran angeordneten Bürstenhaaren 26 aufweist. Diese Leisten bürste 10 kann nun in Richtung des Pfeiles C hin und her bewegt werden, d. h. vibrieren. Durch eine derartige Vibrationsbewegung wird derselbe Zerstäubungseffekt erzielt, wie er in den vorigen Beispielen für eine rotierende Bürste dargestellt wurde. Auch diese Leistenbürste 10 ist an Hochspannung anlegbar, um eine elektrostatische Aufladung des zerstäubten Pulvers zu erzielen.
In 9D ist ein in Pfeilrichtung C um die Längsachse einer Welle 24 rotierbare Bürste 10 aus Stahlwolle 27 dargestellt. Das Stahlwollegeflecht 27 umgibt dabei die Welle 24 anstelle von Bürstenhaaren und erzeugt denselben Zerstäubungseffekt wie eine Bürste mit Haaren.

Claims

Vorrichtung zur Beschichtung eines Substrates (8) mit einem flüssigen oder partikulären Beschichtungsmaterial (5, 9) mit einer Transportvorrichtung (12, 14, 15) für ein flaches Substrat (8) und einer Zerstäubungsvorrichtung (1) zum Zerstäuben eines flüssigen oder partikulären Beschichtungsmaterials (5, 9), wobei die Zerstäubungsvorrichtung (1) einen Auslaß (6) für das zerstäubte Beschichtungsmaterial (5, 9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Auslaß (6) der Zerstäubungsvorrichtung (1) und der Transportvorrichtung (12, 14, 15) mindestens ein elektrisch leitfähiges und/oder halbleitfähiges erstes Mittel (10) zum weiteren Zerstäuben des Beschichtungsmaterial (5, 9) angeordnet ist, das an Hochspannung legbar bzw. gelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungsvorrichtung (1) ein Fluidisierbehälter (1) ist.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidisierbehälter (1) und/oder das erste Mittel (10) schräg zu der Transportrichtung in der Ebene der Transportvorrichtung (12, 14, 15), des Substrates (8) bzw. zu der Vorder- und/oder Rückkante des Substrates (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidisierbehälter (1) als Auslaß (6) mindestens eine Ausrieselöffnung aus dem Fluidbett oder aus dem Bereich (4) oberhalb des Fluidbettes aufweist.
Vorrichtung nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Fluidisierungsbehälters oberhalb des Fluidbetts mindestens ein weiteres Mittel (7) zur Zerstäubung des Beschichtungsmaterials (5) angeordnet ist.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine weitere Mittel (7) zumindest bereichsweise in das Fluidbett eintaucht.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste und/oder weitere Mittel (10, 7) eine drehbare oder sich drehende Vorrichtung ist.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste und/oder weitere Mittel (10, 7) eine Bürste, ein Zellenrad, ein Geflecht aus einer elektrisch leitenden und/oder halbleitenden Material und/oder ein Körper aus Stahlwolle ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste und/oder weitere Mittel (10, 7) eine in Schwingungen versetzbare oder schwingende Vorrichtung ist.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste und/oder weitere Mittel (10, 7) eine Leistenbürste, ein Geflecht aus Metall, leitfähigem oder halbleitfähigem Kunststoff und/oder Keramik und/oder ein Körper aus Stahlwolle ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder weitere Mittel (10, 7) als elektrisch leitfähiges und/oder halbleitfähiges Material Draht, Stahlwolle, Keramik und/oder Kunststoff aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige und/oder halbleitfähige Material einen Durchgangswiderstand ≤ 10¹¹ Ω aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste und/oder weitere Mittel (10, 7) elektrisch isoliert gelagert ist und mit einer Hochspannungsquelle verbindbar bzw. verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste und/oder weitere Mittel (10, 7) zwei gleichsinnig oder gegensinnig drehbare Bürsten aufweist, die das Beschichtungsmaterial (5, 9) zwischen sich zerstäuben.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zerstäubungsvorrichtung (1) und dem ersten Mittel (10) eine Transfervorrichtung vorgesehen ist zum Transport des Beschichtungsmaterials (5, 9) von der Zerstäubungsvorrichtung (1) zu dem ersten Mittel (10).
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Transfervorrichtung eine Transferwalze und/oder ein Transferband aufweist.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Transferwalze und/oder das Transferband ein halbleitfähiges und/oder isolierendes Material aufweist oder daraus besteht.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das halbleitfähige und/oder isolierende Material einen Durchgangswiderstand > 10⁷ Ω, vorzugsweise zwischen 10⁷ und 10¹⁸ Ω, vorzugsweise zwischen 10⁹ und 10¹⁸ Ω aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Transfervorrichtung in einen Fluidisierbehälter (1) in den Raum oberhalb des Fluidbettes und/oder in das Fluidbett eintaucht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem ersten Mittel (10) abgewandten Seite der Transportvorrichtung (12, 14, 15) und/oder des Substrates (8) eine Elektrode angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Mittel (10) und der Transportvorrichtung (12, 14, 15) und/oder dem Substrat (8) eine Drahtelektrode angeordnet ist.
Verfahren zur Beschichtung eines Substrates (8) mit einem flüssigen oder partikulären Beschichtungsmaterial (5, 9), dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (5, 9) zerstäubt und anschließend mittels mindestens einem hochspannungsführenden rotierenden und/oder schwingenden ersten Mittel (10) weiter zerstäubt und auf das Substrat (8) aufgebracht wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an das mindestens eine erste Mittel (10) eine Spannung zwischen 1 kV und 500 kV, vorteilhafterweise zwischen 5 kV und 100 kV angelegt wird.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Mittel (10) eine rotierende Bürste, Zellenrad, Geflecht aus elektrisch leitendem und/oder halbleitendem Material, beispielsweise Metall, Draht, Kunststoff und/oder Keramik und/oder ein Körper aus Stahlwolle verwendet wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende und/oder halbleitende Material einen Durchgangswiderstand ≤ 10¹¹ Ω aufweist.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel (10) mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 500 U/s, vorteilhafterweise von 1 U/s bis 100 U/s, vorteilhafterweise von 5 U/s bis 20 U/s gedreht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Mittel (10) eine vibrierende Leistenbürste, Geflecht aus elektrisch leitendem und/oder halbleitendem Material, beispielsweise Metall, Draht, Kunststoff und/oder Keramik, und/oder ein Körper aus Stahlwolle verwendet wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende und/oder halbleitende Material einen Durchgangswiderstand ≤ 10¹¹ Ω aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (5, 9) bereits in der Zerstäubungsvorrichtung (1) elektrostatisch aufgeladen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (5, 9) aus der Zerstäubungsvorrichtung auf eine Transportvorrichtung (12, 14, 15) und/oder das mindestens eine erste Mittel (10) ausgerieselt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (5, 9) von der Zerstäubungsvorrichtung zu dem ersten Mittel (10) durch eine Transfervorrichtung transportiert wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Transfervorrichtung eine Transferwalze und/oder ein Transferband verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (8) unter einem Winkel ≠ 0 gegenüber der Rotationsachse oder Längsachse des mindestens einen ers ten Mittels (10) an dem mindestens einen ersten Mittel (10) vorbeigeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 verwendet wird.
Verwendung einer Vorrichtung und/oder eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Beschichtung von flachen Materialien mit fluiden, flüssigen und/oder partikulären Beschichtungsmaterialien.
Verwendung nach dem vorhergehenden Anspruch zur Beschichtung von Substraten (8) mit Pulver, Pulverlack, Schleifkorn, Schleifkorn auf Papier und/oder Kunststofffolie, Lötpulver, Lötpulver auf Strangpressmaterialien, Flüssigkeiten, Nasslack und dergleichen.
Verwendung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche zur Beschichtung von Bandmaterial, Stahl- und/oder Aluminium-Bandmaterial, Metall- und/oder Kunststofffolien, Papierbahnen, Tapeten, Platinen, Blechplatinen, Strangpressmaterialen, Profile, Rohre, Platten, Kunststoffplatten, Holz- und/oder Holzwerkstoffplatten, mitteldichten Faserplatten, hochdichten Faserplatten, steinwollebasierende Akustikdämmplatten, mit oder ohne Kantenbeschichtung.