DE19929522A1

DE19929522A1 - Verfahren zur Aufbringung einer Beschichtung auf eine Oberfläche eines Werksstückes

Info

Publication number: DE19929522A1
Application number: DE19929522A
Authority: DE
Inventors: Michael Zimmer; Waldemar Weinberg; Horst Stedron
Original assignee: LKH Kunststoffwerk GmbH and Co KG; Schott Glaswerke AG
Current assignee: ZIMMER, MICHAEL, 66133 SAARBRUECKEN, DE; Schott AG; LKH Kunststoffwerk GmbH and Co KG
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 1999-06-28
Publication date: 2001-01-18
Also published as: CA2377694A1; WO2001001201A1; JP2003503757A; EP1208409A1; US6673504B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf eine Oberfläche eines Werkstückes unter Anwendung der Elektrophotographie, wobei ein mit einer photoleitfähigen Schicht versehener Träger mit einem elektrostatischen Ladungsbild versehen wird, wobei ein Beschichtungsmaterial unter Zuhilfenahme elektrostatischer Kräfte auf den Träger aufgebracht wird, und wobei das Beschichtungsmaterial auf das zu beschichtende Werkstück aufgebracht wird. Zur Erzeugung qualitativ hochwertiger Oberflächenbeschichtungen ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß als Beschichtungsmaterial zumindest die Duromer-Bestandteile Harz und Härter zusammen oder nacheinander auf den Träger aufgebracht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf eine Oberfläche eines Werksstückes unter Anwendung der Elektrophotographie, wo bei ein mit einer photoleitfähgen Schicht versehener Träger mit einem elektrostatischen Ladungsbild versehen wird, wobei ein Beschichtungsmaterial unter Zuhilfenahme elektrostatischer Kräfte auf den Träger aufgebracht wird, und wobei das Beschichtungsmaterial auf das zu beschichtende Werkstück aufgebracht wird.

Ein solches Verfahren ist aus der EP 0 647 885 A1 bekannt. Das bekannte Verfahren wird zum Bedrucken von Keramik- und Glaserzeugnissen verwendet. Hierbei kommt als Beschichtungsmaterial ein Toner zum Einsatz, dessen Tonerteilchen einen Pigmentkern aufweisen. Der Pigmentkern besteht aus keramischen Pigmenten und ist von einer Bindemittelharzhülle umgeben. An die Bindemittelharzhülle sind Ladungssteuerungsmittel angekoppelt. Der Toner wird unter Zuhilfenahme eines elektrostatischen Kopierverfahrens auf ein mit Gummi- Arabikum beschichtetes Papier aufgebracht. Zur Fixierung wird auf das be schichtete Papier ein Klarklack aufgetragen. Anschließend kann das Papier auf das zu beschichtende Keramik- oder Glaserzeugnis aufgelegt und befeuchtet werden. Das Papier läßt sich dann abziehen, wobei die Gummi-Arabikumschicht und die darauf aufgebrachte farbige Beschichtung auf dem Keramik- oder Glaserzeugnis anhaftet. Abschließend erfolgt ein Brennvorgang, wobei die Farbpigmente mit der Oberfläche des Keramik- oder Glaserzeugnisses ver schmelzen. Mit diesem Verfahren können hochwertige, insbesondere kratzfeste Beschichtungen auf einem Werkstück aufgebracht werden. Allerdings lassen sich nur solche Werkstücke beschichten, die den Brennvorgang schadensfrei überstehen können.

Es sind auch Beschichtungsmaterialien bekannt, die als Basiswerkstoff einen Thermoplasten aufweisen, der bei niedrigen Temperaturen schmilzt. Der Thermoplast ist mit Farbpigmenten und Ladungssteuerungsmitteln versetzt. Dieses Beschichtungsmaterial wird im elektrostatischen Druckverfahren auf ein zu beschichtendes Papier aufgebracht. Abschließend wird das beschichtete Papier bei einer Temperatur von ca. 90°C-170°C fixiert. Eine so erzeugte Beschichtung ist gegen mechanische Einwirkungen empfindlich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit dem sich qualitativ hochwertige Oberflächen erzeugen lassen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Beschichtungsmaterial zumindest die Duromer-Bestandteile Harz und Härter zusammen oder nacheinander auf den Träger aufgebracht werden. Mit diesem Verfahren lassen sich auf einfache Weise duromerische Beschichtungen auf Werkstücken erzeugen. Diese Über züge weisen eine hohe Oberflächenqualität auf und sind insbesondere kratzfest und temperaturbeständig.

Nach einer möglichen Erfindungvariante ist es vorgesehen, daß der Härter zusammen mit dem Harz in einem Vorratsbehälter in Form von Materialteilchen bevorratet wird, daß die Materialteilchen mit Ladungsträgern dotiert werden, und daß die Materialteilchen zusammen mit den Ladungsträgern elektrostatisch auf den Träger aufgebracht werden.

Alternativ kann es auch vorgesehen sein, daß der Härter und das Harz getrennt voneinander in Vorratsbehältern in Form von Härter- und Harzteilchen bevorratet werden, daß die Harz- und die Härterteilchen mit Ladungsträgern dotiert werden, und daß die Materialteilchen mittels der Ladungsträger elektrostatisch auf den Träger aufgebracht werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können der Beschichtung bestimmte Eigenschaften zugemessen werden. Dies wird insbesondere dann möglich, wenn vorgesehen ist, daß dem Beschichtungsmaterial Füllstoffe und/oder Farbmittel und/oder Zuschlagstoffe beigemischt werden. Hierbei macht man sich die Erkenntnis zunutze, daß das Beschichtungsmaterial als "Vehikel" für bestimmte Stoffe dienen kann. Dementsprechend transportieren die "Vehikel" die Stoffe auf das Werkstück und befestigen diese an der Werkstückoberfläche.

Zur Fixierung des aufgebrachten Beschichtungsmateriales kann dieses unter Temperatur- und/oder Druckeinwirkung zur Polymerisation gebracht werden.

Eine mögliche Variante der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das Beschichtungsmaterial auf einen, mit einer Haftschicht versehenen flächenförmigen Zwischenträger aufgebracht wird, daß der Zwischenträger mit seiner Beschichtungsseite auf das Werkstück aufgebracht wird, daß nach dem Aufbringen des Zwischenträgers auf das Werkstück die Anhaftung des Be schichtungsmaterials aufgehoben wird, und daß dann der Zwischenträger von dem Werkstück abgehoben wird.

Damit lassen sich zunächst, ähnlich wie bei Abziehbildern, Vorlagen schaffen, die zu einem späteren Zeitpunkt auf das zu beschichtende Werkstück aufge bracht werden können. Dies bringt beispielsweise dann Vorteile, wenn eine örtliche Unabhängigkeit zwischen der eigentlichen Werkstückfertigung und der elektrophotographischen Beschichtungserzeugung gegeben ist.

Als Haftschicht kann beispielsweise Gummi-Arabikum, Wachs oder Silikon auf den Zwischenträger aufgebracht werden. Dabei läßt sich die Haftung zwischen dem Zwischenträger und dem Beschichtungsmaterial bei Gummi-Arabikum mit Wasser, bei Wachs durch Termperatureinwirkung aufheben. Als Zwischenträger können unterschiedlichste Materialien eingesetzt werden. Beispielsweise läßt sich ein als Papier oder Karton ausgebildeter Zwischenträger verwenden.

Um zu verhindern, daß beim Transport eines Zwischenträgers eine Be schädigung der Beschichtungsmaterial-Schicht infolge mechanischer Einwirkungen entstehen kann, läßt sich über das Beschichtungsmaterial eine Schutzschicht, beispielsweise eine Lackschicht bringen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine elektrophoto graphische Beschichtungsvorrichtung,

Fig. 2a bis 2f unterschiedliche Verfahrensstadien von Be schichtungsverfahren.

In der Fig. 1 ist eine Beschichtungsvorrichtung schematisch gezeigt. Die Beschichtungsvorrichtung weist einen Personal-Computer 10 auf, der über eine Datenleitung 11 mit einer Beleuchtungsanordnung 12 verbunden ist. Die Beleuchtungsanordnung 12 weist einen Laser oder eine Laserdiodenkette (sog, "Laserkamm", "LED-Kamm") auf, der mit einem Träger 13 zusammenarbeitet. Der Träger 13 ist als Bildwalze ausgebildet, die mit einer photoleitfähigen Schicht versehen ist. Dem Träger 13 sind mehrere Vorratsbehälter 14 zugeordnet. In einem der Vorratsbehälter 14 ist die Duromer-Komponente Harz, in einem weiteren Vorratsbehälter die Duromer-Komponente Härter unter gebracht. In den weiteren Vorratsbehältern lassen sich Zuschlagstoffe, Füllstoffe oder Farbmittel unterbringen. Es ist auch möglich, daß nur ein einziger Vorratsbehälter verwendet ist, in dem sowohl die Bestandteile Harz 21 und Härter 22 als auch gegebenenfalls Füllstoffe und Farbmittel untergebracht sind. Weiterhin ist es denkbar, daß vier Vorratsbehälter 14, verwendet sind, in denen jeweils die Duromer-Komponenten Harz 21 und Härter 22 sowie jeweils unter schiedliche Farbmittel und eventuell Zuschlagstoffe oder Füllstoffe bevorratet sind. Als Farbmittel sind in den unterschiedlichen Vorratsbehältern 14 dann zyon-, magenta-, gelb- oder schwarzgefärbte Farbmittel untergebracht. An den Träger 13 schließt sich ein walzenförmiger Zwischenträger 16 an. Zwischen dem Zwischenträger 16 und dem Träger 13 ist eine Kontaktzone 15 gebildet. Im Bereich dieser Kontaktzone 15 ist eine Korona 17 untergebracht.

Der Zwischenträger 16 rollt auf einem Werkstück 18 ab, das auf einem Transportmittel 19 aufliegt. Im Bereich zwischen dem Transportmittel 19 und dem Zwischenträger 16 ist eine weitere Korona 17 angeordnet.

Für den Beschichtungsvorgang wird zunächst ein vom Personal-Computer 10 generiertes Beschichtungsmuster, beispielsweise ein farbiges Bild, über die Datenleitung 11 in die Beleuchtungsanordnung 12 übertragen. Von hier aus wird mittels des Lasers ein "latentes" elektrostatisches Ladungsbild auf den Träger 13 übertragen. Das Ladungsbild bewirkt, daß sich die in den Vorrats behältern 14 gehaltenen Stoffe, insbesondere das Harz 21 und der Härter 22, auf den geladenen Stellen des Trägers 13 niederschlagen. Die Korona 17, die im Bereich der Kontaktzone 15 angeordnet ist, bewirkt, daß sich das auf dem Träger 13 befindliche Beschichtungsmaterial auf den Zwischenträger 16 übertragen läßt. Die zweite Korona 17 stößt das Beschichtungsmaterial von dem Zwischenträger 16 ab, so daß es auf die Oberfläche des Werkstückes 18 gelangen kann.

Damit wird das Beschichtungsmuster, so wie es im Personal-Computer 10 generiert wurde, auf das Werkstück 18 übertragen. Nach der erfolgten Beschichtung 23 können Harz 21 und Härter 22 unter Temperatur- und/oder Druckeinwirkung auspolymerisisert werden, so daß ein fester Überzug mit guten Oberflächeneigenschaften auf dem Werkstück 18 entsteht.

In den Fig. 2a bis 2f sind alternative Ausgestaltungsvarianten des vorbeschriebenen Verfahrens dargestellt. Bei diesen alternativen Aus gestaltungsvarianten wird jeweils im Anschluß an den Zwischenträger 16 ein weiterer Zwischenträger 20 bedruckt. Der weitere Zwischenträger 20 besteht aus einem flächigen Materialzuschnitt, beispielsweise einem Papier- oder Kartonzuschnitt. Wie die Fig. 2a zeigt, kann auf den Zwischenträger 20 das Harz 21 zusammen mit dem Härter 22 in einem Beschichtungsvorgang auf getragen werden. Dies wird beispielsweise dann möglich, wenn in einem der Vorratsbehälter 14 Harz 21 und Härter 22 gemeinsam vorliegen.

Es ist jedoch auch denkbar, daß, wie dies Fig. 2b symbolisiert, zunächst ein Beschichtungsvorgang folgt, wobei das Harz 21 auf dem Zwischenträger 20 aufgebracht wird. Anschließend (Fig. 2c) wird in einem weiteren Beschichtungs vorgang der Härter 22 über das Harz 21 geschichtet. Es ist auch denkbar, daß zunächst der Härter 22 und dann das Harz 21 auf den Zwischenträger 20 auf gebracht werden. Der Zwischenträger 20 ist mit einer Haftschicht, beispiels weise Gummi-Arabikum oder Wachs beschichtet. Auf dieser Haftschicht wird das Beschichtungsmaterial festgehalten.

Der Zwischenträger 20 kann auf ein Werkstück 18 aufgelegt werden, wie die Fig. 2d darstellt. Anschließend wird die von der Haftschicht bewirkte Haftkraft zwischen dem Beschichtungsmaterial und dem Zwischenträger 20 aufgelöst. Der Zwischenträger 20 kann dann abgenommen werden, wobei das Be schichtungsmaterial an dem Werkstück 18 anhaftet. Dieser Verfahrensschritt ist in der Fig. 2e gezeigt. Zur abschließenden Fixierung wird ein Stempel 24 auf das Beschichtungsmaterial aufgedrückt. Dabei wird gleichzeitig Temperatur in das Beschichtungsmaterial eingebracht. Unter dieser Temperatur- und Druck einwirkung polymerisiert das Duromer. Denkbar ist es auch, daß anstatt des Stempels 24 eine Walze verwendet wird, die ebenfalls Druck- und Temperatur in das Beschichtungsmaterial einbringt.

Claims

1. Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf eine Oberfläche eines Werkstückes unter Anwendung der Elektrophotographie, wobei ein mit einer photoleitfähgen Schicht versehener Träger mit einem elektro statischen Ladungsbild versehen wird, wobei ein Beschichtungsmaterial unter Zuhilfenahme elektrostatischer Kräfte auf den Träger aufgebracht wird, und wobei das Beschichtungsmaterial auf das zu beschichtende Werkstück aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschichtungsmaterial zumindest die Duromer-Bestandteile Harz (21) und Härter (22) zusammen oder nacheinander auf den Träger (13) aufgebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Härter (22) zusammen mit dem Harz (21) in einem Vorrats behälter in Form von Materialteilchen bevorratet wird,
daß die Materialteilchen mit Ladungsträgern dotiert werden, und
daß die Materialteilchen mittels der Ladungsträger elektrostatisch auf den Träger (13) aufgebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Härter (22) und das Harz (21) getrennt voneinander in Vor ratsbehältern in Form von Härter- und Harzteilchen bevorratet werden,
daß die Harz- und die Härterteilchen mit Ladungsträgern dotiert werden, und
daß die Materialteilchen mittels der Ladungsträger elektrostatisch auf den Träger (13) aufgebracht werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Beschichtungsmaterial Füllstoffe und/oder Farbmittel und/oder Zuschlaggsstoffe beigemischt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das auf dem Werkstück aufgebrachte Beschichtungsmaterial unter Temperatur- und/oder Druckeinwirkung zur Polymerisation gebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das auf dem Träger (16) befindliche Beschichtungsmaterial auf einen oder mehrere Zwischenträger (16, 20) aufgebracht wird, und
daß das Beschichtungsmaterial von dem Zwischenträger (16, 20) oder einem der Zwischenträger (16, 20) auf das zu beschichtende Werkstück aufgebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Beschichtungsmaterial auf einen, mit einer Haftschicht versehenen flächenförmigen Zwischenträger (20) aufgebracht wird,
daß der Zwischenträger (20) mit seiner Beschichtungsseite auf das Werkstück (19) aufgebracht wird,
daß nach dem Aufbringen des Zwischenträgers (20) auf das Werkstück (19) die Anhaftung des Beschichtungsmaterials aufgehoben wird, und
daß dann der Zwischenträger (20) von dem Werkstück (19) abgehoben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Haftschicht Gummi-Arabikum, Wachs oder Silikon auf den Zwischenträger (20) aufgebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial auf einen als Papier oder Karton ausgebildeten Zwischenträger (20) aufgebracht wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß über das auf dem Zwischenträger (20) aufgebrachte Beschichtungs material eine Schutzschicht, beispielsweise eine Lackschicht gebracht wird.