DE3535696A1 - Verfahren und vorrichtung zur partiellen beschichtung eines kunststoffteiles - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich einmal auf ein Verfahren zur partiellen Beschichtung eines Kunststoffteiles, zum anderen auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer das Kunststoffteil zumindest teilweise aufnehmenden und an Masse liegenden Trägerelektrode und einer Gegenelektrode, die sich der Kontur des Kunststoffteiles anpaßt und an einen Hochspannung erzeugenden Generator angeschlossen ist.

Bei den bisher bekannten Verfahren wird eine Beschichtung, beispielsweise eine Farbgebung oder das Aufbringen einer Aufschäummasse auf ein Kunststoffteil entweder ganzflächig vorgenommen, oder es werden mit Hilfe von aufzulegenden Masken Muster auf die Oberfläche des ansprechenden Kunststoffteiles aufgebracht. Dabei entstehen die Kunststoffteile aus einem Material mit relativ großen Adhäsionskräften, so daß eine Beschichtung einen innigen Verbund mit der Oberfläche des Kunststoffteiles eingehen kann.

Nachteilig bei den derartigen Verfahren ist es, daß einer wünschenswerten dekorativen Ausgestaltung von Kunststoffteilen, wie sie beispielsweise im Fahrzeugbau eingesetzt werden könnten, die Unwirtschaftlichkeit der bekannten Verfahren entgegensteht. Insbesondere einer Großserienfertigung, wie sie im Kraftfahrzeugbau üblich ist.

Eine ähnliche Situation ergibt sich wenn die Kunststoffteile aus Sicherheitsgründen mit einer Aufschäummasse zum Beispiel Polyurethanschaum versehen werden sollen. Um zu verhindern, daß die Aufschäummasse an nicht geeignete Stellen gelangt, wird bislang mit apparativen Mitteln eine Verbindung in diesen Bereichen zwischen der Aufschäummasse und dem Kunststoffteil verhindert. Auch dies hat sich in der Praxis als sehr aufwendig und kostenintensiv erwiesen.

Insbesondere dann, wenn ein Kunststoffteil sowohl mit einer Farbschicht als auch mit einer Aufschäummasse beschichtet werden soll, ergeben sich bisher Probleme, da einerseits eine gleichzeitige Beschichtung beider Komponenten nicht möglich ist andererseits eine erste Beschichtung die nachfolgende Beschichtung im Arbeitsablauf behindert, wobei es unerheblich ist ob zunächst die Farbbeschichtung und anschließend die Beschichtung durch die Aufschäummasse oder ob die Beschichtungen in umgekehrter Reihenfolge erfolgen.

Ein besonders hoher Kostenanteil wird durch den Einsatz von Masken verursacht, mit denen beim Farbbeschichten die entsprechende Oberfläche eines Kunststoffteiles abgedeckt wird, da nur mit deren Hilfe bislang in sinnvoller Weise eine dekorative Farbbeschichtung mit Mustern möglich war.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so zu gestalten, daß eine partielle Beschichtung eines Kunststoffteiles rationell und damit kostengünstig möglich ist, wobei gleichzeitig eine einwandfreie Beschichtung mit einem scharf abgegrenzten Konturenverlauf erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kunststoffteil aus unpolarem Kunststoff besteht, vorbestimmte Oberflächenbereiche mit einer elektrischen Koronaentladung behandelt werden, die Oberfläche des Kunststoffteiles dann beschichtet und die Beschichtung nach dem Aushärten oder Abbinden von nicht koronabehandelten Bereichen entfernt wird.

Mit Hilfe dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nun möglich, die Kosten für eine partielle Beschichtung eines Kunststoffteiles, die sowohl aus einer Farbschicht als auch aus einer Aufschäummasse bestehen kann, erheblich zu vermindern. Dadurch ergeben sich Kostenvorteile, die insbesondere unter dem Aspekt, daß das erfindungsgemäße Verfahren im Automobilbau Verwendung finden kann, beispielsweise zur Beschichtung von Stoßfängern oder Armaturenbrettern, als recht gravierend angesehen werden können, da gerade im Automobilbau aufgrund der hohen zu fertigen Stückzahlen jede Kosteneinsparung besonders stark zu Buche schlägt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die mit einer Koronaentladung zu behandelnden Bereiche des Kunststoffteiles durch einen Randsteg oder eine Rille begrenzt, so daß das Entfernen der Beschichtung von den unbehandelnden Bereichen erheblich erleichtert wird. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß der Konturenverlauf der Beschichtung besonders scharf und exakt ausgebildet ist.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist so geschaffen, daß die Trägerelektrode zumindest eine Kammer aufweist, in die ein Medium hoher elektrischer Leitfähigkeit eingefüllt ist.

Durch diese konstruktive Maßnahme ist es nun möglich, die Beschichtung eines Kunststoffteiles so vorzunehmen, daß sie sowohl in wirtschaftlicher Hinsicht den vertretbaren Anforderungen entspricht als auch den wechselnden modischen Aspekten, denen vielfach die Hersteller und Vertreiber derartiger Kunststoffteile unterliegen, Rechnung trägt.

Das leitfähige Medium, das nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung aus einer Flüssigkeit, beispielsweise aus Wasser bestehen kann, bewirkt einen Durchfluß des von der Gegenelektrode durch die Trägerelektrode geleiteten Stroms hoher Spannung in dem Maße, daß der Durchfluß des Stroms durch das Medium größer ist als durch das übrige Material der Trägerelektrode, das nach einem vorteilhaften Gedanken der Erfindung aus einem hydrophilen Material besteht. In an sich bekannter Weise erfolgt eine Koronaentladung im Bereich der größeren Leitfähigkeit der Trägerelektrode, also im vorliegenden Fall im Bereich der Kammer. Die Bereiche selbst werden dabei von der Außenkante des Mediums, beispielsweise vom Flüssigkeitspiegel begrenzt, der je nach Ausgestaltung der Kammer, in seiner Lage und Kontur veränderbar ist.

Um beispielsweise eine unterschiedliche Beschichtung der Innenseite eines Kunststoffteiles gegenüber seiner Außenseite zu erzielen, ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein Wirkspalt zwischen den einander zugewandten Flächen des eingelegten Kunststoffteiles und der Trägerelektrode vorgesehen. Durch diesen Wirkspalt, der praktisch isolierend wirkt, ist eine Möglichkeit geschaffen nur auf der dem Wirkspalt abgewandten Oberfläche des Kunststoffteiles eine Koronaentladung vorzunehmen. So kann beispielsweise eine Koronaentladung auf einer Außenseite eines Kunststoffteiles durchgeführt werden, indem der Wirkspalt auf der Innenseite des Kunststoffteiles gebildet ist, während in einem zweiten Arbeitsgang, in dem dann mittels des außen liegenden Wirkspaltes auf der Innenseite des Kunststoffteiles eine Koronaentladung durchgeführt wird diese Seite für eine Beschichtung entsprechend präpariert wird. Auf diese Art und Weise ist es möglich, zum Beispiel die Außenfläche eines Kunststoffteiles mit einer gemusterten Farbbeschichtung zu versehen und die Innenseite mit einer Aufschäummasse entsprechend den sicherheitstechnischen Erfordernissen innerhalb der optimalen Bereiche zu beschichten.

Eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 ist so gestaltet, daß die Trägerelektrode entsprechend der geometrischen Form der mit Koronaentladungen zu behandelnden Flächen als Formelektrode ausgebildet ist.

Eine derartige erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht es auch komplizierte Oberflächenformen und Profilierungen beispielsweise auch Hinterschneidungen mit Koronaentladungen zu versehen. Dabei kann nach einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Vorrichtung die Formelektrode aus mehreren zueinander verstellbaren und fixierbaren Segmenten bestehen, die je nach Erfordernis auch austauschbar sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 3 + Fig. 4 jeweils ein Ausführungsbeispiel eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandeltes Kunststoffteil,

Fig. 5 + Fig. 6 jeweils einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Trägerelektrode,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Trägerelektrode in perspektivischer Darstellung,

Fig. 8 ein weiteres Kunststoffteil nach einer Behandlung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren in perspektivischer Darstellung.

Der in der Fig. 1 schematisch dargestellte Aufbau einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Koronaentladung auf der Oberfläche eines Kunststoffteiles zeigt zunächsteinmal die hauptsächlichen Bestandteile einer derartigen Vorrichtung. Dazu gehören ein Generator 1, mit dem eine Hochspannung erzeugt wird, sowie eine an dem Generator angeschlossene Gegenelektrode 2 und einer an Masse liegenden Trägerelektrode 3, wobei sich die Trägerelektrode 3 und die Gegenelektrode 2 gegenüberliegen. Die Trägerelektrode 3 nimmt dabei zumindest teilweise ein Kunststoffteil auf, das beispielsweise wie in der Fig. 2 gezeigt, in einer Ausnehmung 11, die dem Kunststoffteil angepaßt sein kann, einliegt.

Die Gegenelektrode 2 ist mit freihängenden Ketten 9 versehen, an deren Spitzen in bekannter Weise im Zusammenwirken mit dem Kunststoffteil eine Koronaentladung stattfindet. Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Trägerelektrode 3 auf einem Transportband 10 angeordnet, daß in seiner Lage durch Drehen von Kurbeln in Pfeilrichtung veränderbar ist. Auch die Lage der Gegenelektrode 2 ist veränderbar und zwar in Querrrichtung ebenso wie in ihrer Höhe gegenüber der Trägerelektrode 3, ebenfalls gekennzeichnet durch die eingezeichneten Pfeile. Die verschiedenen Bewegungsmöglichkeiten sowohl der Trägerelektrode 3 als auch der Gegenelektrode 2 sind insofern vorteilhaft, als die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandelnden Kunststoffteile unregelmäßige Oberflächen aufweisen können, die sowohl bei vollflächiger als auch bei partieller Koronabehandlung eine unterschiedliche Stellung der Gegenelektrode 2 zur Trägerelektrode 3 erforderlich machen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Bewegungsabläufe entsprechend der Oberflächenkontur des Kunststoffteiles elektronisch zu steuern.

Die Fig. 3 zeigt ein Kunststoffteil 8, dessen Innenraum mit einer Ausschäummasse 12 versehen ist. Diese Ausschäummasse 12 ist auch in dem in der Fig. 4 gezeigten Kunststoffteil 8 vorgesehen, wobei jedoch außerdem die Außenfläche des Kunststoffteiles 8 mit einer Dekorschicht 13 beschichtet ist.

Jeweils einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeigen die Fig. 5 und 6. Die Trägerelektroden 3 bestehen dabei aus einem Material, daß formbar ist. Die in der Fig. 5 gezeigte Trägerelektrode 3 weist eine U-förmige Kammer 4 auf, die mit einer leitfähigen Flüssigkeit 5 teilweise gefüllt ist. Mit einer Pumpe 14 kann der Flüssigkeitsspiegel in seiner Höhe verändert werden. Die Elektroden der Gegenelektrode 2 bestehen einmal aus freihängenden Ketten 9 sowie aus starren Elektrodenstäben 15 mit deren Hilfe die Koronaentladung vollzogen wird. Die Kontur der Koronaentladung wird dabei vorgegeben von dem Flüssigkeitsspiegel, wobei sich überraschender Weise gezeigt hat, daß in Höhe des Flüssigkeitsspiegels eine besonders intensive Koronaentladung stattfindet, was dazu führt, daß die nachfolgende Beschichtung in diesen Bereichen eine besonders innige Verbindung mit dem Kunststoffteil eingeht, so daß das entfernen der Beschichtung nach dem Aushärten oder Abbinden von den nicht koronabehandelnden Bereichen zu einer besonders scharfkantigen Kontur führt. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist dabei, daß das Kunststoffteil aus einem unpolaren Kunststoff besteht, der überhaupt erst eine derartig intensive Koronabehandlung ermöglicht und so zu den in ihrer Ausführung qualitativ hochwertigen Dekorationen führt.

Zwischen der Trägerelektrode 3 und der zugewandten Seite des Kunststoffteiles 8 ist ein Wirkspalt 6 vorgesehen, der die Koronaentladung auf dieser Seite des Kunststoffteiles 8 beeinflußt. Dabei wirkt der Wirkspalt 6 isolierend, so daß es möglich ist, die den Elektroden 9, 15 zugewandten Oberflächenseiten des Kunststoffteiles 8 einer Koronaentladung zu unterziehen, während die Adhäsionskräfte der gegenüberliegenden Oberflächenseite bei diesem Arbeitsgang noch unbeeinflußt bleiben. Wird hingegen auf den Wirkspalt 6 verzichtet, so daß dann die entsprechende Oberflächenseite des Kunststoffteiles 8 direkt an der Trägerelektrode 3 anliegt, entstehen durch die Koronaentladungen auf beiden Seiten im Konturverlauf gleiche Adhäsionskräfte.

Bei der in der Fig. 6 dargestellten Vorrichtung erfolgt die Koronaentladung an der äußeren Oberfläche des Kunststoffteiles 8. Dabei befindet sich die für den Stromdurchfluß mit der leitfähigen Flüssigkeit 5 gefüllte Kammer 4 zwischen den zu behandelnden Seitenteilen des Kunststoffteiles 8. Es ist durchaus möglich, sowohl offene Kammern, deren Flüssigkeit mit atmosphärischem Druck beaufschlagt werden, als auch geschlossene Kammern in der Trägerelektrode vorzusehen, deren Flüssigkeitsspiegelkontur und damit die Kontur der Koronaentladung über Druckbeaufschlagung der Flüssigkeit 5 gesteuert werden.

In der Fig. 7 ist eine Trägerelektrode 3 gezeigt, die mit mehreren Kammern 4 versehen ist, deren Flüssigkeitsspiegel jeweils getrennt und unabhängig voneinander veränderbar ist. Zur Druckbeaufschlagung ist jede einzelne Kammer 4 mit Rohren 16, 17 versehen, so daß auch hier ein unterschiedlicher Flüssigkeitsspiegel erzeugt werden kann.

Ein weiteres Kunststoffteil 18 ist in der Fig. 8 dargestellt und zwar nach einer Farbbeschichtung einer Oberflächenseite, wobei vor der Farbbeschichtung eine Außenseite einer Koronaentladung unterzogen wurde. Aufgrund der erfolgten Koronaentladung wurden auf der entsprechenden Oberfläche des Kunststoffteiles 18 Adhäsionskräfte erzeugt, die eine partielle Beschichtung 19 mit einer Farbe ermöglichen. Nach einem Aushärten oder Austrocknen der Farbe ist es möglich, den Teil der Beschichtung zu entfernen, der aufgrund der fehlenden Adhäsionskräfte in dem nich einer Koronabehandlung unterzogenen Bereich keine Verbindung mit dem Kunststoffteil 18 eingehen konnte. Dieser Teil ist in der Fig. 8 mit dem Bezugszeichen 20 versehen.

• Bezugszeichenliste  1  Generator
   2  Gegenelektrode
   3  Trägerelektrode
   4  Kammer
   5  Flüssigkeit
   6  Wirkspalt
   7  Pumpe
   8  Kunststoffteil
   9  Ketten
  10  Transportband
  11  Ausnehmung
  12  Ausschäummasse
  13  Dekorschicht
  14  Pumpe
  15  Elektrodenstäbe
  16  Rohr
  17  Rohr
  18  Kunststoffteil
  19  Beschichtung

Claims (13)

1. Verfahren zur partiellen Beschichtung eines Kunststoffteiles, dadurch gekennzeichnet, daß daß Kunststoffteil (8, 18) aus unpolarem Kunststoff besteht, vorbestimmte Oberflächenbereiche mit einer elektrischen Koronaentladung behandelt werden, die Oberfläche des Kunststoffteiles dann beschichtet und die Beschichtung nach dem Aushärten oder Abbinden von den nicht koronabehandelten Bereichen entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Koronaentladung zu behandelnden Bereiche des Kunststoffteiles (8, 18) bei seiner Herstellung mit einem Randsteg oder einer Rille begrenzt werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer das Kunststoffteil zumindest teilweise aufnehmenden und an Masse liegenden Trägerelektrode und einer Gegenelektrode, die sich der Kontur des Kunststoffteiles anpaßt und an einen Hochspannung erzeugenden Generator angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelektrode (3) zumindest eine Kammer (4) aufweist, in die ein Medium hoher elektrischer Leitfähigkeit eingefüllt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelektrode aus einem hydrophilen Material und das Medium aus einer leitfähigen Flüssigkeit (5) besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Trägerelektrode 3 formbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsspiegel in seiner Lage und Kontur veränderbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei eingelegtem Kunststoffteil (8, 18) zwischen den einander zugewandten Flächen des Kunststoffteiles (8, 18) einerseits, und der Trägerelektrode (3) andererseits ein Wirkspalt (6) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (5) mit atmosphärischem Druck beaufschlagt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (5) mit einem Überdruck beaufschlagt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung mehrerer Kammern (4) der Flüssigkeitsspiegel jeweils getrennt veränderbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch (9), dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Überdrucks eine Pumpe (14) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelektrode (3) entsprechend der geometrischen Form der mit Koronaentladungen zu behandelnden Flächen als Formelektrode ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Formelektrode aus mehreren zueinander verstellbaren und fixierbaren Segmenten besteht.