DE2714527A1

DE2714527A1 - Verfahren und vorrichtung zum beschichten einer unterlage auf elektrodynamischem wege

Info

Publication number: DE2714527A1
Application number: DE19772714527
Authority: DE
Inventors: Peter N Y Pan
Original assignee: Continental Group Inc
Current assignee: Continental Group Inc
Priority date: 1976-04-13
Filing date: 1977-04-01
Publication date: 1977-10-27
Also published as: FR2347986A1; US4088093A; FR2361162A1; FR2361162B1; JPS52148540A; ZA77576B; US4086872A; CA1087934A; ES456298A1

Description

620*1

Γ" PATENTANWÄLTE Π

«* 27U527

DR.-ING. R. DÖRING f" DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

The Continental Group, Inc., 633 Third Avenue, Hew York 17, N.Y. / USA

"Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten einer Unterlage auf

elektrodynamischem Wege"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten einer Unterlage aus elektrisch leitendem oder nichtleitendem Material auf elektrodynamischem Wege, bei dem elektrisch aufgeladene Beschichtungspartikelchen vorbestimmter Polarität auf die Oberfläche der Unterlage aufgebracht werden.

Bei üblichen elektrostatischen Beschichtungssystemen wird das verwendete pulverförmige Material zum Beschichten einer Unterlage oder mehrerer Unterlagen allgemein mittels Luft fluidisiert, um eine Pulverwolke zu bilden, die dann über eine Hochspannungsquelle, z.B. eine Korona-Entladungsquelle, aufgeladen wird. Jedoch weisen übliche Systeme eine Reihe von Nachteilen auf. Insbesondere wäre es wünschenswert, eine wirkungsvollere und vollständigere Beschichtung aller Unterlagen zu erhalten, insbesondere auch von Unterlagen, die nichtelektrischleitend sind. Auch wäre es bei solchen Systemen wünschenswert, eine bessere Steuerung der aufgeladenen Pulverwolken zu erhalten, wobei die ver-

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besserte Steuerung zwei Ergebnisse zeitigen sollte: Einmal sollte eine Qualitätskontrolle der Niederschlagsgeschwindigkeit und der Menge des Beschichtungsmaterials, das auf die Unterlage aufgebracht wird, ermöglicht werden. Weiterhin sollte die Fähigkeit einer Präzisionskontrolle gewonnen werden, um ausgewählte Bereiche der Unterlage unterschiedlich stark zu beschichten. Es wäre auch wünschenswert, eine verbesserte elektrostatische Haltekraft zum Halten der neu aufgebrachten Pulverteilchen an der Unterlage zu erhalten, um unerwünschte Verluste an bereits aufgebrachten Pulverpartikelchen während der Zeitperiode zwischen Aufbringen des Pulvers und Pestschmelzen oder Aushärten des Pulvers zu vermeiden. Auch wäre wünschenswert, eine kontinuierliche Beschichtung mit hoher Beschichtungsgeschwindigkeit von bahnförmigen Unterlagen, die entlang einer vorbestimmten Bahn durch eine Beschichtungsstraße oder dgl. bewegt wird. Im letzteren Fall wäre es auch zweckmäßig, eine gleichförmigere Beschichtung bei höherer Beschichtungsgeschwindigkeit zu erzielen und den Verlust von Partikelchen von der Unterlage zu vermeiden, wobei dieser Verlust auch durch Störanziehungsfeider erzeugt werden kann. Auch sind höhere Zuführungsgeschwindigkeiten zum Zuführen des noch nicht fluidisierten Pulvermaterials in das fluidisierte Bett wünschenswert. Auch sollte jede Verwirbelung oder dgl. zuverlässig vermieden werden,, da diese den Auflade- und Beschichtungsvorgang behindert.

Es ist bekannt, daß eine wirkungsvollere und vollständigere

j Beschichtung von Unterlagen, eine bessere Wolkensteuerung

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und eine Vergrößerung der elektrostatischen Haltekräfte direkt proportional zu der Ladung pro EinheitMasse oder direkt proportional dem Q/M-Verhältnis der aufgeladenen Pulverwolke ist. Diese Tatsache führt bei üblichen elektrostatischen fluidisierten Systemen zu deutlichen Nachteilen, da es bekannt ist, da/5 das U/M-Verhältnis der Pulverteilchen in solchen Systemen niedriger ist als das Q/M-Verhältnis von Pulverteilchen in einer üblichen elektrostatischen Sprühpistole. Der Unterschied erreicht einen Faktor von 2-3.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen möglichst hohen, vorzugsweise zwei- bis dreimal höheren Wert für das Q/M-Verhältnis in einem elektrostatisch fluidisierten Bettsystem für die Beschichtung von Unterlagen zu erzielen.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß das genannte Verhältnis direkt proportional der elektrischen Feldintensität innerhalb des fluidisierten Bettsystems sowie der Verweilzeit der fluidisierten Pulverpartikelchen innerhalb des Einflußbereiches des elektrischen Feldes ist. Auch wurde erkannt, daß das genannte Verhältnis umgekehrt proportional zur Partikelchengröße des Pulvers und zu der in Luft suspendierten Pulverdichte des ursprünglichen Pulvers in dem Zubringersystem ist. In bezug auf die letzte Tatsache wurde festgestellt, daß das Pulver/Luftverhältnis der Pulverwolke in bezug auf die Pulverdichte des nichtfluidisierten Pulvers, das dem System zugeführt werden soll, möglichst niedrig 3ein sollte. Bei üblichen Systemen wird ein

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Verhältnis von Pulver zu Luft von nur zwei- bis dreimal niedriger als die Anfangsdichte des unfluidisierten zugeführten Pulvers erreicht. Im Gegensatz dazu soll nach der vorliegenden Erfindung dieses Verhältnis wesentlich herabgesetzt werden, möglichst bis auf Werte von sechs- bis zehnmal niedriger als die Anfangsdichte des zugefUhrten unfluidisierten Pulvers. Auch dies trägt zur Erreichung eines Q/M-Verhältnisses von zwei- bis dreimal höher als das entsprechende Verhältnis üblicher Systeme bei.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die beschichtete Unterlage nachträglich einer elektrischen Aufladung von der Polarität der Beschichtungsteilchen unterworfen und die elektrostatische Haltekraft der Teilchen an der Unterlage gleichzeitig verstärkt werden. Dabei wird vorteilhafterweise als Unterlage ein kontinuierliches Material fortlaufend entlang einer vorbestimmten Bahn zunächst an einer Beschichtungszone und unmittelbar anschließend an einer Nach-Aufladezone vorbeigeführt. Die Unterlage in der Beschichtungszone wird dabei in die Nähe eines fluidisierten Bettes von aufgeladenen Beschichtungsteilchen gebracht.

Mit dem neuen Verfahren wird eine wirkungsvollere und vollständigere Beschichtung von Unterlagen erreicht, und zwar sowohl von leitfähigem Material als auch von nichtleitfähigem Material. Das Aufbringungssystem kann als eine elektrodynamische Aufbringung aus einem fluidisierten Bett bezeichnet werden. Mit dem neuen

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Verfahren läßt sich das Q/M-Verhältnis wesentlich steigern, indem gleichzeitig die elektrostatischen Haltekräfte wesentlich vergrößert werden, welche die auf der Unterlage aufgelagerten ! Pulverteilchen an der Unterlage halten. Das neue Verfahren läßt sich mit großem Vorteil auf kontinuierlichem Wege durchführen, indem das zu beschichtende Material entlang einer vorbestimmten Bahn geführt wird. '

Vorteilhafterweise wird das Material zunächst einer Vor-Aufladung ausgesetzt, in welAier das Material mit einer der Polarität der Beschichtungsteilchen entgegengesetzten Polarität aufgeladen j wird. Hierdurch sowie durch Ausbildung der Förderrollen oder -walzen der Vorrichtung aus elektrisch nichtleitendem Material wird erreicht, daß sämtliche Störfelder, die auf das Pulver

einwirken können, vermieden werden. i

Mit dem neuen Verfahren läßt sich eine wesentlich gleichförmigere Beschichtung der Unterlagen mit höherer Beschichtungsgeschwindig-j keit erzielen. '

Zur Ausführung des Verfahrens geht die Erfindung von einer Vorrichtung aus, welche eine Beschichtungsstellung für die Unterlage und einer dieser Stellung naheliegende Einrichtung zur elektrischen Aufladung von Beschichtungsteilchen mit vorbestimmter Polarität und zum Erzeugen eines elektrischen Transport- ; feldes für die Überführung der aufgeladenen Teilchen auf die Unterlage aufweist. Diese Vorrichtung wird gemäß der Erfindung j

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weitergebildet durch eine Nach-Aufladevorrichtung, mittels der die Unterlage nach der Beschichtung mit der Polarität der Teilchen nachträglich elektrisch aufgeladen wird.

Der Vorrichtung ist eine Vor-Aufladevorrichtung zugeordnet, mittels der die unbeschichtete Unterlage mit einer der Polarität der Beschichtungsteilchen entgegengesetzten Polarität elektrisch aufgeladen werden kann. Die Vor-Aufladeeinrichtung kann auch eine Dampfaufbringungseinrichtung umfassen, durch die eine elektrisch nichtleitende Unterlage wenigstens teilweise oder bereichsweise in den elektrisch leitfähigen Zustand überführt werden kann.

Vorteilhafterweise besitzt die Beschichtungseinrichtung eine Speichereinrichtung, in der ein fluidisiertes Bett aus Beschich- , tungspulver in Bereitschaft gehalten wird. Daneben ist ein Beschichtungsbett aus dem fluidisierten und elektrisch aufgeladenen' Pulver vorgesehen. Außerdem ist eine Aufladeeinrichtung zwischen ! dem Beschichtungsbett und einer Beschichtungsposition für die ; Unterlage vorgesehen, mittels der das fluidisierte Pulver im Beschichtungsbett zusätzlich aufladbar ist. Auf der anderen Seite trennt eine poröse Wand die das fluidisierte Pulver in Bereitschaft haltende Speichereinrichtung von dem Beschichtungsbett, wobei Jiese Wand für das fluidiaierte Pulver durchlässig i3t. Hierdurch läßt sich die Zufuhr des fluidisierten Pulvers aus der Speichereinrichtung in das Bett mit hoher Geschwindigkeit vornehmen, ohne daß dadurch Turbulenzen oder andere Störeinflüsse auf die Aufladung und die Steuerung des Beschichtungs-

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bettes ausgeübt werden. Das Pulver durchdringt vielmehr mit hoher Geschwindigkeit ohne Erzeugung von Turbulenzen die poröse Viand zwischen den beiden Fluidisierungsbetten.

Die Steuerung des Beschichtungsbettes läßt sich mit Hilfe der Wiederaufladeeinrichtung zwischen dem Beschichtungsbett und der Un terlage wesentlich genauer vornehmen, so daß man auch eine Vergrößerung der Verweilzeit erhält, während der die aufgeladene Pulverwolke in dem Einwirkungsbereich des elektrischen Feldes in Bereitschaft gehalten werden kann.

Mit der neuen Vorrichtung läßt sich auch auf einfache Weise eine Steuerung der Beschichtung in der Weise vornehmen, daß ausgewählte Flächenbereiche der Unterlage verstärkt oder vermindert beschichtet werden.

Von ganz besonderer Bedeutung ist die Vergrößerung der Haltekräfte für die auf die Unterlage aufgebrachten Pulverteilchen bis zu deren Verschmelzung oder Verschweißung. Für die Beschichtung können Papiere, Pappen, Gewebe, Kunststoffbahnen,zusammengesetzte Bahnen ebenso wie elektrischleitende Bahnen verwendet werden. Die Beschichtung erfolgt mit hoher Geschwindigkeit und größter Gleichförmigkeit. Als leitfähige Materialien können Metalle, in Graphit eingebettete dielektrische Stoffe oder andere in Dielektrikas eingebettete Zusatzstoffe dienen. Insbesondere lassen 3ich auch Materialien beschichten, die für die Behälterherstellung, insbesondere Metallbehälterherstellung, geeignet sind.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Wiedergabe eines auf elektrodynamischem Wege arbeitenden Beschichtungssystems gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Beschichtungsvorrichtung zur Verwendung in dem System gemäß der Erfindung,

Fig. 3 in Draufsicht eine Beschichtungsvorrichtung, die im Zusammenhang mit dem neuen System verwendet werden kann und

Fig. k einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-¹J der Fig.2.

Das elektrodynamische Beschichtungssystem 1 umfaßt in der weitesten Form wenigstens eine das Überzugsmaterial aufbringende Einrichtung 2 und eine Nach-Aufladeeinrichtung 3 zum Beschichten und nachträglichen Aufladen einer Un-terlage 4. Die Beschichtungseinrichtung 2 kann ein elektrodynamisch fluidisiertes Bett , 5 sein, dessen Einzelheiten weiter unten näher beschrieben werden. Die Nach-Aufladeeinrichtung 3 kann mehrerer Koronaentladestifte 6:

umfassen, die auf einer Stützeinrichtung 7 montiert sind, wobei die Stifte 6 mit einer variablen Gleichstrom-Hochspannungsquelle 8 verbunden sind. Das Bett 5 kann weiterhin eine Platte oder eine ebene Elektrode 10 aufweisen, die auf der einen Seite der Unterlage 4 angeordnet ist, die von der Seite abgewendet ist, auf der die Pulverpartikelchen (nicht gezeigt) zu liegen kommen. Die Grundelektrode 10 dient somit als ein Bezugselement während des

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Beschichtungsvorganges. Die Elektrode 10 kann sich weiterhin so ausdehnen, daß sie eine Verlängerung 11 aufweist, welche den Koronaentladungsstiften 6 unter Einschließung der Unterlage ¹I gegenüberliegt. Hierdurch wird gleichzeitig eine Dezugsbasis für den Nachbeladungsvorgang zur Verfügung gestellt. Während eine Ausführungsform der Nachbeladungseinrichtung 3 bisher als eine Einrichtung beschrieben wurde, welche Koronaentladungsstifte 6 aufweist, ist ersichtlich, daß auch andere Möglichkeiten für die Ausbildung dieser Einrichtung bestehen. So können die Koronastifte 6 durch wenigstens einen Ladedraht (nicht gezeigt) ersetzt werden, der mit der Quelle 8 verbunden ist und durch diese aufgeladen wird, so daß man praktisch den gleichen Nachladevorgang erhält. Zusätzlich kann die Grundbezugselektrode 10 und/oder deren Verlängerung 11 ersetzt werden durch mehrere Koronaentladungsstifte (nicht gezeigt) ähnlich den Stiften 6 und der Unterstützung 7, wie sie im Zusammenhang mit der Nachladeeinrichtung 3 beschrieben sind. Alternativ dazu kann die ebene Elektrode 10 und/oder deren Verlängerung 11 wenigstens durch einen Ladedraht (nicht gezeigt) ersetzt werden.

Es wird bemerkt, daß die Unterlage k von jeder Art sein kann, und zwar unabhängig davon, ob das Material leitfähig ist oder nicht leitfähig und ob es selbsttragender Natur ist oder fortlaufend ausgebildet ist. In der speziellen Ausführungsform nach Fig. 1 dient als Unterlage Ί ein kontinuierliches Band oder eine Bahn 12, die durch das System mit Hilfe einer Fördereinrichtung 13 ! transportiert wird. Die Fördereinrichtung 13 umfaßt in dem dar-

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gestellten Beispiel eine Aufwickelrolle I¹J, eine Abwickelrolle Ib und mehrere Zwischenrollen 16. Die Zwischenrollen 16 können aus nicntleitendem Material sein, un Streufeldanziehungseffekte zu vermeiden, v.'elche ansonsten bestrebt sind, geladene Partikelchen von der kontinuierlichen Bahn 12 während der Arbeit des Systems 1 anzuziehen.

Das Gystem 1 umfaßt weiterhin eine Vorladeeinrichtung 17, die ähnlich ausgebildet ist wie die iiachladeeinrichtung 3· Sie umfaßt mehrere Koronastifte 18 auf einer Halterung 20. Die Stifte 18 sind mit einer variablen Gleichstrom-hochspannungsquelle 21 verbunden. Ls ist zu unterstreichen, daß zwar nur eine Ausf Lihrungsform der Vorladeeinrichtung 17 dargestellt und beschrieben ist, jedoch andere Höflichkeiten für die Ausbildung dieser Einrichtung bestehen. So kann die Vorladeeinrichtung 17 in der V/eise ausgebildet werden, daß die Koronaentladungsstifte 18 durch wenigstens einen nicht dargestellten Ladedraht ersetzt werden, der mit der Spannungsquelle 21 verbunden ist. Wenn die kontinuierliche Bahn 12 aus einem nichtleitfähigen Material besteht, kann die Vorladeeinrichtung 17 auch eine Dampfaufbringungseinrichtung (nicht gezeigt) sein, welche Dampf zur Einwirkung auf die kontinuierliche Bahn 12 bringt, wenn die Bahn die Einrichtung passiert, um die Bahn 12 auf diese V/eise leitfähig zu machen. Damit erhält nan praktisch die gleichen gewünschten Ergebnisse, wie sie mit der Vorladeeinrichtung 17 in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel erreicht werden.

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Die Arbeitsweise des Systems 1 kann wie folgt beschrieben werden: Die kontinuierliche Bahn 12, die leitfähig oder nichtleitfähig sein kann, wird von der Abwickelrolle 15 durch die Wirkung der Aufwickelrolle I¹I abgezogen. Die Bahn 12 läuft über die Rollen 16, die, wie zuvor erwähnt, aus nichtleitendem Material sein können, und gelangt in den Bereich der Vorladeeinrichtung 17.

Die Vorladeeinrichtung 17, die aus einer variablen Gleichstroin-Hochspannungsquelle 21 und damit verbundenen Koronaentladungsstiften 18 besteht, liefert ein elektrisches Feld hoher Spannung zur Einwirkung auf die Bahn 12 und die umgebende Luft und. hat eine Ionisation der Luft zur Folge. Die auf diese Weise gebildeten Ionen haften an der Bahn 12, so daß diese mit einer vorgegebenen Polarität, z.B. positiv, aufgeladen wird. Die positiv aufgeladene Bahn 12 setzt ihren Weg über die Rollen 16 fort und gelangt zu der Aufbringungseinrichtung 2.

Die Aufbringungseinrichtung 2 kann aus einem elektrodynamisch fluidisierten Bett 5 bestehen, welches in einer './eise funktioniert, die nachfolgend näher beschrieben wird. Auf diese Weise gelangen aufgeladene Pulverpartikelchen in die Nähe der aufgeladenen Bahn 12. In dem speziellen Fall werden die Pulverpartikelchen, die dann vorliegen, mit einer Polarität aufgeladen, die der der aufgeladenen Bahn 12 entgegengesetzt ist. Im konkreten Fall können also die Partikelchen mit einer negativen Polarität aufgeladen sein. Da, wie weiter oben beschrieben, die Überzugseinrichtung 2 eine Elektrodenplatte 10 aufweist, welche als

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Bezugspotential dient und' auf der Seite der Bahn 12 angeordnet ist, welche von der Seite der Bahn abgewandt ist, auf der die negativ geladenen Partikelchen sich sanmein, werden die negativ geladenen Partikelchen aus dem Bett 5 von der positiv aufgeladenen Bahn 12 und von der dahinterliegenden Bezugsplatte IO angezogen, so daß die Partikelchen gegen die Bahn 12 prallen und an dieser haftenbleiben. Die nunmehr überzogene Bahn 12 setzt dann ihre Bahn fort und gelangt zu der Nachladeeinrichtunb 3.

Wie zuvor angedeutet, umfaßt die Nachladeeinrichtung 3 die Koronaentladungsstifte 6, die an die veränderliche Gleichstromhochspannungsquelle 8 angeschlossen sind, so daß die Stifte aufgeladen sind. Zusätzlich kann die Nachladeeinrichtung 3 eine Verlängerung 11 der Grundelektrode 10 aufweisen, die als Bezugspunkt dient. Die Quelle 8 ist mit den Koronastiften 6 so verbunden, daÄ ein elektrisches Hochspannungsfeld im Bereich der überzogenen Bahn 12 erzeugt wird, wobei die Bahn 12 die zuvor aufgebrachten negativ geladenen Pulverpartikelchen trägt. Das Hochspannungsfeld ist so gewählt, daß es eine Ionisation in der Nähe der überzogenen Bahn 12 erzeugt. Die Ionisation ist von einer Polarität, die der Polarität der Ionisation entgegengesetzt ist, welche durch die Vorladeeinrichtung 17 erzeugt wird. Die Nachladeeinrichtung 3 erzeugt im konkreten Fall eine negative Ionisation in der Nachbarschaft des überzogenen Bahnmaterials Das Ergebnis ist, daß die negativ geladenen Partikelchen, die an der Oberfläche der überzogenen bahn 12 haften, einer elektrostatischen Kraft unterliegen, welche bestrebt ist, die Par-

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tikelchen aus der direkten Nachbarschaft der Bahn 12 zurückzustoßen und welche die Partikelchen an der Bahn 12 festhält. Diese negativ geladenen Ionen, welche der überzogenen Oberfläche der Bahn 12 am nächsten sind, können zusätzlich häufig an der Bahn 12 haftenbleiben, so daß die an der Bahn haftenden Pulverpartikelchen noch stärker negativ aufgeladen werden. Der daraus folgende Anstieg im Q/M-Verhältnis, d.h. im Verhältnis der Ladung Bur Einheitsmasse der geladenen Pulverteilchen führt somit auch zu einem Anstieg der wirksamen elektrostatischen Bindungs- oder haltekräfte, welche die Partikelchen an dem überzogenen -Material 12 festhalten.

In bezug auf die Vorladefunktion, die zuvor beschrieben worden ist, wird bemerkt, daß das Vorladeverfahren speziell nützlich ist, wenn es sich bei der Unterlage 4 oder der Bahn 12 um ein nichtleitendes Material handelt. Insbesondere veranlaßt die Vorladeeinrichtung 17> daß die von ilatur aus nichtleitfähige Bahn 12 nunmehr leitfähig erscheint und sich leitfähig verhält, da die negativ geladenen Partikelchen in dem Bett 5 dazu führen, daß die Bahn 12 positiv aufgeladen erscheint. Das Ergebnis ist eine höhere iJiederschlagsgeschwindigkeit und die Erreichung eines gleichförmigeren Überzuges durch dieüberzugseinrichtung 2, selbst dann, wenn die Bahn 12 praktisch aus nichtleitendem Material hergestellt ist. Die Vorladung der Bahn 12 dient weiterhin dazu, die elektrostatische haltekraft zu verstärken, welche die negativen Teilchen, die von dem Bett 5 der Bahn 12 zugeführt werden, nach Vollendung des Beschichtungsprozesses an der Bahn

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bindet. Schließlich kann man, wie oben erwähnt, das gleiche Ergebnis durch Anwendung einer mit Dampf arbeitenden Aufbringungseinrichtung (nicht gezeigt) erreichen, die als Vorladeeinrichtung 17 dient. Der Dampf dient dabei dazu, die Bahn 12 leitfähig zu machen in bezug auf die negativ geladenen Teilchen, die von dem Bett 5 geliefert werden.

Das elektrodynamisch fluidisierte Bett 5 wird in bezug auf die Fig. 2 bis 4 nachfolgend näher erläutert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird deutlich, daß das Bett 5 aus einer Beschichtungskammer 22 besteht, durch die eine nicht dargestellte Unterlage, die sich in Richtung des eingezeichneten Pfeiles 23 bewegt, in eine Beschichtungsstellung gezogen wird, die durch den zweiseitigen Pfeil 24 angeordnet ist. Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird deutlich, daß die Kammer 22 allgemein einen Fluidisierungsbehälter 25 und ein Aufladebett 26 enthält. Die nicht gezeigte Unterlage, die beschichtet werden soll, wird somit in eine Beschichtungsstellung über den Abschnitt der Kammer 22 gezogen, der als Ladebett 26 bezeichnet ist.

Unter Rückgriff auf Fig. 2 wird darauf hingewiesen, daß das Aufladebett 26 mehrere Koronastifte 27 in einer Verteilerplatte 28 aufweist. Die Koronastifte 27 sind über die Leitung 30 mit einer entsprechenden elektrischen Spannuncsquelle 31 verbunden. In der dargestellten Anordnung umfaßt die Spannungsquelle 31,

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in Reihe geschaltet, eine variable Gleichstrom-Hochspannungsquelle 32, einen Widerstand 33 sowie nach Wunsch ein Voltmeter 34 und ein Amperemeter 35·

Das 3ett 26 umfaßt weiterhin ein Steuergitter 36, das auf Tragstangen 37 montiert ist. Das Steuergitter ist mittels Leitung 38 an eine Spannungsquelle 40 angeschlossen. Im dargestellten Beispiel umfaßt die Spannungsquelle 40 eine variable Gleichstrom-Hochspannungsquelle ¹Jl mit zugehörigem Voltmeter 42 und Amperemeter 43.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß das Steuergitter 36 auf den Stützstangen 37 montiert ist und jede gewünschte geometrische Gestalt oder Umrißform aufweisen kann in Abhängigkeit von Gewicht und Form der zu überziehenden Unterlage.

Aus den Fig. 3 und 4 wird deutlich, daß das Fluidisierungsreservoir 25 innerhalb der Kammer 22 so angeodnet ist, daß es jungfräuliches Pulver von einer Pulverzuspeiseeinrichtung (nicht gezeigt) über die Leitung 44 erhält. Das Pulver kann dem fluidisierten Reservoir 25 unter Verwendung eines Luftfördersystems, einer Förderschnecke oder anderer üblicher Fördereinrichtungen zugeleitet werden. Die Steuerung der Füllhöhe 45 innerhalb des Reservoirs 25 wird durch eine Überlaufrohrartige Höhensteuereinrichtung 46 mit dem Überlaufrohr 47 und der Rückführungsleitung 4ß ausgeführt. Das bedeutet, daß das Reservoir 25 kon-

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tinuierlich mit frischem Pulver gespeist werden kann, wobei ein konstanter Höhenpegel des Pulvers 45 durch Rückführung des überfließenden Pulvers zu der Speiseeinrichtung über das Uberlaufrohr 47 und die Leitung 48 aufrechterhalten werden kann. Dabei ist es möglich, durch übliche P4ethoden die Leitung 48 einem pneumatischen, mit fluidisiertem Bett arbeitenden Förderer (nicht gezeigt) zuzuführen.

Zusätzlich ist das Pulver 45 im Reservoir 25 durch übliche Mittel fluidisiert. So kann beispielsweise das zuvor erwähnte pneumatische Fördersystem an die Pulverzuführungsleitung 44 angeschlossen werden, um ein Luftblas-Fördersystem zu erhalten, um dadurch zusätzlich ein durch Druckluft fluidisiertes System zu erhalten. Alternativ dazu kann eine übliche Fluidisierungseinrichtung 50 (z.B. eine Vibrationseinrichtung) vorgesehen sein, welche mit dem Reservoir 25 verbunden oder diesem-feugeordnet ist und welche eine Fluidisierung des im Reservoir 25 enthaltenen Pulvers 45 gewährleistet.

Eine poröse Wand 51 mit Löchern oder Bohrungen 52 oder dgl. ist zwischen dem Fluidisierungsreservoir 25 und dem Bett 26 angeordnet. Die poröse Wand 51 dient der Eingangsfunktion, eine abgemessene und gleichförmige Einführung des Pulvers in das Bett 26 zu liefern. Die Wand 51 dient dem zusätzlichen Zweck, das Reservoir 25 von dem Bett 26 zu trennen, um jede störende Wechselwirkung zwischen den beiden Teilen zu verhindern. Spezfell in den Fällen, in denen eine hohe Beschichtungsgeschwindigkeit

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wünschenswert ist, ist eine hohe Zuführungsgeschwindigkeit durch die Speiseleitung 44 notwendig. In üblichen Anordnungen ist jedoch die Zuführungsgeschwindigkeit sehr begrenzt wegen der Forderung, die Ladeaktivität für die Pulverwolke innerhalb des Fluidisierungsbettes 26 nicht durch die hohe Zuführuniisgeschwindigkeit zu stören. Durch die Trennwand 51 wird eine solche Störung ausgeschlossen, während gleichzeitig eine dosierte Überführung des Pulvers vom Reservoir 25 zum Bett 26 über die Löcher oder Bohrungen 52 in der Wand 51 ermöglicht wird. Dadurch läßt sich die Anordnung mit hoher Pulverzuführungsgeschwindigkeit ohne störende Nebenwirkung betreiben.

Die Arbeitsweise des elektrodynamisch fluidisierten Bettes 5 wird im einzelnen unter anfänglicher Bezugnahme auf Fig. 4 nachfolgend beschrieben. Das ursprüngliche oder jungfräuliche Pulver wird durch nicht dargestellte, aber oben diskutierte Einrichtungen in den Behälter 25 eingespeist. Ein fluidisiertes Bett des Pulvers 45 wird in dem Behälter 25 durch die Wirkung der Fluidisierungs- ! einrichtung 50 oder anderer üblicher Fluidisierungsverfahren, wie sie oben angedeutet wurden, aufrechterhalten. Die Kontrolle des Höhenstandes des fluidisierten Pulverbettes 45 wird durch die Höhenstandssteuereinrichtung 46 sichergestellt, wie dies oben beschrieben wurde. Da das fluidisierte Pulverbett flüssigkeitsähnliche Eigenschaften hat, neigt das Bett, ähnlich wie eine Flüssigkeit, durch die Bohrungen 52 in der Viand 51 zu fließen und wird auf diese Weise in vorbestimmten oder abgemessenen Mengen in das Bett 26 überführt.

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Es wird nunmehr auf die Fig. 2 und k Bezug genommen. Aus diesen geht hervor, daß das im Bett 26 enthaltene Pulver elektrostatisch aufgeladen wird, und zwar durch das elektrostatische Hochspannungsfeld, das durch die Spannungsquelle 31 und die Koronaentladungsstifte 27 erzeugt wird. Im speziellen liefert die Spannungsquelle 31 ein elektrisches Hochspannungsfeld für das Pulver/Luft-Gemisch in dem Bett 26, so daß eine Ionisation stattfindet. Die auf diese Weise erzeugten Ionen legen sich an den Pulverpartikelchen an mit dem Ergebnis, daß eine aufgeladene Pulverwolke entsteht. Während diese Pulverwolke mit jeder der möglichen Polaritäten aufgeladen werden kann, wird nachfolgend angenommen, daß die Pulverwolke negativ aufgeladen ist.

Nachdem die Pulverwolke einmal aufgeladen worden ist, steigt sie innerhalb des Bettes 26 nach oben in Richtungauf das Steuergitter 36 und darüber hinaus in Richtung auf die nicht dargestellte Unterlage, und zwar aufgrund der elektrostatischen Anziehungskraft zwischen der Wolke und der Unterlage. Wie zuvor

1 erwähnt, führt das Aufladeverfahren, soweit es beschrieben worden ist, zu einer Pulverwolke mit einem Pulver/Luft-Verhältnis zweibis dreimal niedriger als die Teilchendichte des nichtfluidisierten Pulvers in dem Reservoir 25.Weiterhin führt der Aufladevorgang, soweit er beschrieben wurde, zu einem Q/M-Verhältnis, das der Große nach im Hinblick auf die Absicht einer besseren Wolkensteuerung, einer vollständigeren und wirkungsvollen Beschichtung

der Unterlage und vergrößerten elektrostatischen Haltekräften nicht ausreicht.

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Gemäß der Erfindung wird deshalb eine Wiederaufladung der Pulverwolke beim Anstieg innerhalb des Bettes 26 und bei dem Wandern in Richtung auf die Unterlage erzeugt. Unter besonderem Hinweis auf die Fig. 2 bis 4 wird deutlich, daß das Steuergitter 36 durch die Spannungsquelle 40 auf eine Hochspannung aufgeladen wird, so daß eine weitere Aufladung oder Wiederaufladung der Pulverwolke stattfindet. Wie weiterhin am besten aus Fig. 3 hervorgeht, kann das Gitter 36 geometrisch derart geformt oder ausgestaltet werden, daß es eine selektive Aufladung der Pulverwolke in nur ausgewählten Bereichen gestattet, was insbesondere für eine ausgewählte oder selektive Beschichtung des Substrats von Vorteil ist.

Es wird weiterhin bemerkt, daß der gleiche Wiederaufladeeffekt auch durch Einführen eines ionisierten Gases in das bett 26 und insbesondere in den Bereichen erreicht werden kann, in denen das Pulver/Luft-Verhältnis niedrig ist. Ein solches ionisiertes Gas kann beispielsweise durch übliche Gasionisierungseinrichtungen 53 gemäß Fig. 4 eingeführt werden.

Das Ergebnis der Wiederaufladung, soweit sie beschrieben wurde, besteht darin, daß die Pulverwolke einer weiteren Absenkung des Pulver/Luft-Gemische3 unterliegt, so daß das Verhältnis einen Viert von sechs- bi3 zehnmal niedriger als der Teilchendichte des unfluidisierten Pulvers im Reservoir 25 erreicht. Zusätzlich führt der Wiederaufladeprozeß dazu, daß ein Q/M-Verhältnis im Bereich von zwei- bis dreimal höher als jenes erhalten wird, das

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man bei üblichen Systemen'erreicht. Damit erhält man folgende Ergebnisse:

1. Man erhält eine bessere Wolkensteuerung mit der Möglichkeit, eine bessere Qualitätskontrolle bezüglich der Ablagerungsgeschwindigkeit und der Ablagerungsmengen des aufgebrachten Materials ebenso wie mit einer wirkungsvollen selektiven Beschichtung ausgewählter Bereiche der Unterlage zu erhalten.

2. Man erreicht eine wirksamere und vollständigere Beschichtung der Unterlage, insbesondere auch von nichtleitfähigen Unterlagen , und

3. man erhält eine Steigerung der elektrostatischen Haltekräfte, welche die Pulverschicht an der gerade beschichteten Unterlage festhalten.

In bezug auf die Erzielung einer besseren Wolkensteuerung wird bemerkt, daß eine Manipulation der Spannungsquelle 31 und der Spannungsquelle ¹JO, insbesondere bezüglich Polarität und Spannungsniveau, erreicht werden kann, wodurch das Ausmaß der Wolkensteuerung variiert wird. Es ist somit möglich, eine aufgeladene Pulverwolke zwischen der Platte 28 und dem Gitter 36 einzufangen oder in Suspension zu halten. In diesem Zusammenhang wird eine genauere und ausgewählte geometrische Gestaltung i dee Gitters 36 die Wolkenbildung an den gewünschten Stellen intensivieren, so daß es möglich wird, innerhalb des Bettes

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durch Gestaltung des elektrischen Feldes eine programmierte Veränderung des Überzugsgewichtes auf Objekten, die mit dem Pulver überzogen werden, zu erzielen. Wenn man als Korona-Spannungsquelle 31 und/oder als Gitter-Spannungsquelle kO eine pulsierende Spannungsquelle von entsprechender Impulsweite, Intensität, Phase, Polarität und Frequenz einsetzt, erhält man eine noch bessere selektive Steuerung, was zu einer Beschichtung nach einem vorbestimmten Muster bzw. zu einem intermittierenden Beschichten und dgl. führt.

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Claims

Patentansprüche
(\j Verfahren zum Beschichten einer Unterlage aus elektrisch

leitendem oder elektrisch isolierendem Material auf elektrodynamischen Wege, bei dem elektrisch aufgeladene Beschichtungspartikelchen vorbestimmter Polarität auf die Oberfläche der Unterlage aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichtete Unterlage nachträglich einer elektrischen Aufladung von der Polarität der Beschichtungsteilchen unterworfen und die elektrostatische Haltekraft der Teilchen an der Unterlage gleichzeitig verstärkt werden.

2. Verfahren nach An-spruch 1, d adurch gekennzeichnet, daß als Unterlage ein fortlaufendes Band oder dgl. Material entlang einer vorbestimmten Bahn zunächst an einer Beschichtungszone und unmittelbar anschließend an einerNach-Aufladezone vorbeigeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage in der Beschichtungszone in die Nähe eines fluidisierten Bettes von elektrisch aufgeladenen Beschichtungspartikelchen gebracht wird.

Ί. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage - vorzugsweise bei ihrer Bewegung entlang ihrer Bahn vor Erreichen

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der Beschichtungszone - zunächst einer Voraufladung ausgesetzt wird, mit welcher das Material mit einer der Polarität der Beschichtungsteilchen entgegengesetzten Polarität elektrisch aufgeladen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Voraufladung die Unterlage mit einem Dampf behandelt und die Unterlage wenigstens teilweise oder bereichsweise elektrisch leitfähig gemacht wird.

6. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5 mit einer der Beschichtungsstellung der Unterlage naheliegenden Einrichtung zur elektrischen Aufladung von Beschichtungsteilchen mit vorbestimmter Polarität und zum Erzeugen eines elektrostatischen Transportfeldes für die überführung der aufgeladenen Teilchen auf die Unterlage, gekennzeichnet durch eine Nach-Aufladevorrichtung (3), mittels der die Unterlage (12) nach ihrer Beschichtung mit j der Polarität der Teilchen nachträglich elektrisch aufladbar j ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nach-Aufladevorrichtung wenigstens ein, vorzugsweise eine Mehrzahl von draht- oder stiftförmigen Entladungselementen, z.B, Korona-Entladungsstiften (7) aufweist, die an eine Hochspannungsquell· (8) angeschlossen sind.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Nach-Aufladevorrichtung (3) eine Grundelektrode (11) auf der von den Entladungselementen (7) abgewandten Seite der Unterlage (12) zugeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundelektrode (11) eine oder mehrere draht- oder stiftförmige Entladungselemente aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 9, dadurch

gekennzeichnet, daß die Unterlage ein fortlau-

Band
fendes/oder dgl. flexibles Material (12) ist und über eine Fördereinrichtung nacheinander an der Beschichtungsvorrichtung (2) und der Nach-Aufladevorrichtung (3) vorbei transportierbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung elektrisch nichtleitende Walzen oder Rollen aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vor-Aufladeeinrichtung (¹O vorgesehen ist, mittels der die unbeschichtete Unterlage mit einer der Polarität der Beschichtungsteilchen entgegengesetzten Polarität elektrisch aufladbar ist.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor-Aufladeeinrichtung einen oder mehrere draht- oder stiftförmige Entladungselemente (20) aufweist, die an eine Hochspannungsquelle (21) angeschlossen sind.

lh. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor-Aufladeeinrichtung eine Dampfaufbringungseinrichtung aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis I¹J, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungseinrichtung (2) eine Speichereinrichtung zum In-Bereitschaft-rHalten des fluidisierten Bettes aus Beschichtungspulver und ein Beschichtungsbett (37) aus dem fluidisierten und elektrisch aufgeladenen Pulver aufweist, eine Aufladeeinrichtung (36 bis 38) zwischen dem Beschichtungsbett und einer Beschichtungsposition für die Unterlage (12) vorgesehen ist, mittels der das fluidisierte Pulver wieder aufladbar ist, und daß eine poröse Wand (51) zwischen der Speichereinrichtung (25) und dem Beschichtungsbett angeordnet ist, welche für das fluidisierte Pulver durchlässig ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladeeinrichtung ein Steuergitter (36 bis 38) an einer Stelle zwischen Beschichtungsbett und Beschichtungsstellung der Unterlage aufweist, an der ein Ver-

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hältnis von Pulver zu Luft vorliegt, das sechs- bi zehnmal kleiner als das Verhältnis des der Vorrichtung frisch zugeführten Pulvers ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem Beschichtungsbett (37) eine Aufladeplatte (28) mit mehreren Koronastiften (27) sowie ein Steuergitter (36 bis 38) zugeordnet ist, welche vorzugsweise jeweils an gesonderte Spannungsversorgungseinrichtunge (31 bzw. ¹IO) anschließbar sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Spannungsversorgungseinrichtung (3Ij¹IO) eine variable Spannungsquelle (32 bzw. Ίΐ) aufweist und die Spannung am üteuerj^itter in absoluten Werten niedriger als die an der Koronaentladungsplatte ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquellen so einstellbar sind, daß das Pulver eine zwischen Korona-Entladungsplatte und Steuergitter stabil suspendierte Pulverwolke bildet.

20. Vorrichtung nach Anspruch 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuergitter (36 bis 38) ein Auflademuster vorbestimmter geometrischer Form vorgesehen ist und das Pulver in der Wolke entsprechend dieser

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Form über die Flächenausdehnung des Gitters in unterschiedlicher Dichte steuert.

21. Vorrichtung nach Anspruch 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederaufladeeinrichtung Mittel zum Einführen eines ionisierten Gases an einer Stelle des fluidisierten Pulvers aufweist, an der das Verhältnis von Pulver zu Luft niedriger als die Anfangsdichte des frisch zugeführten Pulvers ist.

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