EP4335555A1 - Verfahren und vorrichtung zum härten von uv-lack - Google Patents

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EP4335555A1
EP4335555A1 EP22194476.2A EP22194476A EP4335555A1 EP 4335555 A1 EP4335555 A1 EP 4335555A1 EP 22194476 A EP22194476 A EP 22194476A EP 4335555 A1 EP4335555 A1 EP 4335555A1
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EP
European Patent Office
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roller
substrate
varnish
radiation
covering
Prior art date
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Pending
Application number
EP22194476.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias LEIDEL
Simon Horoz
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Jfl Materials GmbH
Original Assignee
Jfl Materials GmbH
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Publication date
Application filed by Jfl Materials GmbH filed Critical Jfl Materials GmbH
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Priority to PCT/EP2023/073963 priority patent/WO2024052217A1/de
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    • B44C1/00—Processes, not specifically provided for elsewhere, for producing decorative surface effects
    • B44C1/24—Pressing or stamping ornamental designs on surfaces

Definitions

  • the invention relates to a method for curing UV varnish and a device therefor.
  • UV-curing lacquer systems In paint technology and painting technology, increasing importance is being attached to the curing of paints using ultraviolet (UV) radiation.
  • UV-curing lacquer systems hereinafter also referred to as UV lacquers, have a relatively high mechanical and chemical resistance and can be cured within a relatively short time, for example within a few seconds.
  • the energy required for curing of UV-curing lacquer systems is significantly lower compared to thermally curing lacquer systems and the UV-curing lacquer systems can be easily formulated without solvents.
  • UV varnishes have made their disguiseant progress, for example in the furniture industry and in web-shaped substrates or components. UV varnishes are also increasingly being used when painting metal.
  • the substrates or components can be, for example, sheets or plates or the like made of metal; Wood, stone, cardboard or other materials to be coated.
  • UV varnishes When UV varnishes are cured, the UV light splits the photoinitiators of the UV varnishes into radicals, which in turn polymerize the double bonds in a chain reaction. The reaction occurs quickly, but is disrupted at the interface with the ambient air by oxygen molecules that act as free radical scavengers. To counteract this, a relatively strong dose of UV light and photoinitiators are used so that the paint is sufficiently cross-linked and "tack-free" on the surface.
  • UV-LED lamps are often used as UV sources, the spectrum of which can be adapted to the requirements by doping. Electron emitters and X-ray emitters have not become widely accepted for occupational health reasons and because of the high purchase costs. For several years now, UV-LED lamps have also been used, which have low energy requirements and work without the use of mercury. UV LED spotlights are disadvantageous in that they generate longer-wave UV light and oxygen inhibition is currently problematic. Only reactive paint systems can be cured with LED spotlights or the curing takes place under a protective gas or at very short distances.
  • the DE 101 44 579 C2 discloses a method for producing fine to microstructures and/or complex microsystems by layer-by-layer construction in and out of a photocurable liquid between two boundary surfaces, the individual layers being formed by exposing the liquid through a mask corresponding to the layer topography and the distance between the boundary surfaces successively is increased by the respective layer thickness, as well as a device for carrying out the method.
  • the individual layers of the structure to be built are generated between two opposing, counter-rotating rollers of a pair of rollers that form the boundary surfaces, and the distance between the rollers of the respective pair of rollers is given by the thickness of the layer to be formed and the thickness of the layers already present, the first layer is applied to a substrate carrier film passing between the rollers.
  • Each roller of the pair of rollers is designed as an exposure roller and consists of a material that is permeable to electromagnetic waves, a source emitting electromagnetic waves in the form of a light source being arranged in this exposure roller, and the surface of the exposure roller being non-adhesive.
  • the arrangement of the light source in the rotating exposure roller is relatively complex to implement in practice.
  • EP 1 667 836 B1 a tool and a method for producing a microstructured surface, wherein - a die with a negative of the microstructure to be created and a pressure roller which can be moved over a surface for pressing the die onto the surface are present.
  • the die is arranged in such a way that when the roller moves over the surface, the die moves between the roll and the surface, so that the negative of the die faces the surface.
  • a light and/or heat source for irradiating and/or heating the microstructurable surface Comprehensive device for accelerating the hardening of a curable material is arranged in such a way that it accompanies the movement of the pressure roller over the surface and acts on a part of the surface.
  • the light and/or heat source is located within the pressure roller and is mounted in such a way that the energy emitted by it can be transferred through the pressure roller material to the die (in the case of heat) or which can radiate through the die (in the case of heat). trap of light). In the latter case, the roller material must have a high transmittance for the wavelength emitted by the light source.
  • the invention is based on the object of creating a method and a device of the type mentioned at the outset, which ensures reliable curing of UV varnish on a substrate with a relatively low expenditure on equipment.
  • the roller core of which is assigned at least one UV source that emits UV radiation the UV radiation penetrating a roller coating enveloping the circumference and onto the surface with the UV -Paint coated surface hits.
  • a device for carrying out the method comprises a roller which comprises a central roller core and a peripheral roller covering, the roller core holding a plurality of UV sources distributed over the circumference, the UV radiation emitted from which penetrates the roller covering which is permeable to UV radiation and onto which the surface of the substrate coated with the UV varnish hits in order to harden the UV varnish.
  • UV varnish is applied to the substrate or component surface.
  • This coating can be done in a rolling process, casting process, spraying process, with a doctor blade or the like in one or more steps.
  • the substrate is transported using a suitable transport device.
  • the roller or a counter roller arranged opposite the roller can be driven to convey the substrate.
  • the direction of movement of the substrate and the roller can be in the same direction, and the speeds of the substrate and the roller can be the same or different.
  • the roller covering Due to the contact pressure of the roller or the roller covering on the surface of the substrate, the roller covering forms a surface parallel to the substrate on its rolling line, the so-called roller nip.
  • the initially uncured UV varnish is located between the substrate and the roller covering.
  • a small bead of liquid UV varnish forms at an inlet edge between the substrate and the roller covering, which grows until the amount of varnish delivered with the substrate corresponds to the amount of varnish that is transported under the surface of the roller lining.
  • the size of the lacquer bead that forms essentially depends on the viscosity of the UV lacquer, the contact pressure of the roller or the roller coating on the surface of the substrate and the speed gradient between the roller and the substrate.
  • the nature of the roller covering and the substrate have an influence on bead formation.
  • the UV varnish which is located between the substrate and the roller covering, is cured with UV radiation during transport of the substrate.
  • the UV radiation source or the UV radiation is aligned on the roll core, preferably attached to its peripheral circumferential surface, in such a way that the UV radiation penetrates the roll covering and hits the UV varnish in order to harden the UV varnish.
  • optical elements for bundling or aligning the UV radiation emanating from the UV source whereby these optical elements can be assigned to the roll core and/or the roll covering without departing from the scope of the invention.
  • the degree of crosslinking on the surface is relatively high, which means that positive mechanical and chemical properties of the paint surface can be achieved.
  • the workpiece i.e. the substrate with the hardened paint
  • the workpiece is released again during transport, leaving the area of the roller and excess paint, which has built up in small amounts in the direction of travel on the side of the substrate edge and on the outlet edge , remains stuck to the workpiece as a burr. Due to the restoring movement of the roller covering, the paint separates relatively easily from the roller surface. This is supported by choosing a suitable covering material (e.g. silicone) and, if necessary, a surface treatment of the roller. If optically high-quality and very uniform surface structures are to be achieved on the substrate, it is important that no hardened paint material sticks to the roller. If necessary, a scraper can be provided which removes such adhering paint residues from the roller covering.
  • a suitable covering material e.g. silicone
  • the LED-UV emitters are expediently arranged distributed over the length and circumference of the roller core.
  • the method described here has the advantage, for example, that defects in the edge area, as are common in methods using the calendering method known from the prior art, do not occur or at least occur to a reduced extent, since over the entire width of the roller There is even pressure on the polymerization mixture, i.e. the UV varnish, and there is no “slipping” of the film in the edge area, which leads to defects.
  • the roller core must be mechanically stable, enabling the contact pressure on the counter roller or the conveyor belt and being able to absorb the force required to rotate the roller. Furthermore, the roller core should advantageously have reflective properties in order to reflect scattered light to the roller surface, i.e. to the surface of the roller covering.
  • the roller core can be made of metal such as iron, steel, aluminum or metal alloys such as brass. For more pressure-sensitive substrates and small rollers, plastics are also conceivable for producing the roller core.
  • the roller covering should have good permeability to the UV radiation necessary to initiate the polymerization reaction.
  • a low optical density of the material can have a positive effect, as it can be advantageous if the radiation transfer from the roller covering into the polymerization mixture takes place in the optically denser medium.
  • the roller covering must have one have a certain elasticity, which enables the formation of a roller nip so that the crosslinking reaction can take place under it.
  • Good mechanical deformability and rapid recovery to the original shape are also advantageous for easy separation of the hardened paint from the roller surface. Adhesion of paint material on the roller leads to a deterioration in the quality of the coating.
  • the UV emitters can be arranged as an intermediate layer between the roll core and the roll covering. But they can also be integrated into the roll core or into the roll covering.
  • the UV lamps should be distributed as evenly as possible across both the circumference and the width of the roller. If uneven radiation distribution is necessary for technical reasons, you can deviate from this requirement.
  • the UV emitters or UV sources are switchable and are only supplied with voltage when the emitted radiation goes directly from the UV emitter through the roller covering into the polymerization mixture located under the roller nip.
  • an electronic control switches the power supply of certain UV sources on and off depending on signals from a position detection sensor, or current paths of the UV sources arranged in a row and interconnected are connected to a contact assigned to the front of the roller, which is on live contact segment is applied to open and close a circuit.
  • a row of UV sources extending across the width of the roll core is integrated into a light segment that can be attached to the roll core in an exchangeable manner. After reaching their service life or in the event of other damage, individual light segments can be replaced, especially after removing the roller covering.
  • a cooling device is assigned to the roller to dissipate process heat.
  • the roller core can have cooling holes or the like through which a coolant flows.
  • the roller covering of the roller is preferably designed to be elastic. Depending on the contact pressure of the roller on the substrate coated with UV varnish, a more or less large contact surface is formed.
  • the roller covering expediently has a Shore A hardness between 30 and 60.
  • the roller covering is therefore designed to be relatively soft.
  • the roller covering can be arranged on the roller core in an exchangeable, in particular reversible, exchangeable manner. This means that different structures of the cured UV varnish can be created with different roller coverings and, in the event of wear, the roller covering can be replaced.
  • the roller covering is either smooth or has a surface structure. The nature of the surface of the roller covering serves to create surface structures of the paint coating the surface structure of the roller is reflected on the paint surface.
  • a smooth surface of the roller covering creates a high-gloss surface of the finished component, i.e. the coating or UV varnish, and depending on the surface structure, different levels of gloss, structures or effects such as anti-fingerprint properties can be achieved.
  • the roller covering can have a thickness of 2% to 80%, preferably 10% to 20% of the radius of the roller.
  • the roller is assigned an adjustable counter-roller, the substrate coated with the UV varnish being able to be conveyed between the roller and the counter-roller.
  • the roller and the counter-roller are mounted in a frame and, if necessary, connected to drives which enable both a rotational movement and a linear feed movement of the counter-roller relative to the roller.
  • the counter roller ensures that the substrate coated with UV varnish is pressed against the roller with the necessary pressure.
  • the distance between the substrate and the roller must be adjusted so that the roller coated with the roller covering is at least 1% of the thickness of the roller covering and at most 20% of the thickness of the roller covering, preferably between 3% and 10% of the thickness of the roller covering.
  • the distance between the substrate and the unloaded roller is less than this.
  • the pressure of the roller applies evenly over the entire surface of the substrate and does not separate from the substrate even in the edge areas, which reduces the risk of defects in the painted surface. Furthermore, no defective edge areas need to be removed. Therefore, already formatted substrates can be coated.
  • edges or at least the curve on the edge are minimally coated by the pressing of the hardening roller. This offers advantages when coating panels with glued edges. Such panels are often used in the furniture industry. Because the adhesive seam is sealed from above with the top coat, the workpieces painted in this way are much better protected against moisture penetration. Any protruding ridge of coating material on the vertical edge can be easily removed mechanically using a device.
  • the UV source is expediently designed as an LED UV emitter.
  • the LED UV lamp is energy efficient and ensures that the system heats up relatively little.
  • other radiation sources for UV light can also be used without departing from the scope of the invention.
  • a light source emitting light radiation is arranged, the light radiation of which can be directed onto the substrate, the surface of which is coated with the hardened UV varnish.
  • the predominant radiation goes in the direction of the UV varnish to be cured and the loss of intensity is compared to a stab - or point-shaped radiation source, which is mounted centrally in the roller, is relatively low. Furthermore, heat is dissipated from the UV source via the roller core and each of the UV sources is only active for a certain time, in which it occupies a position in which the radiation hits the UV varnish, and is not active for the rest of the time cool down during active time. Any roll circumference is possible because the radiation sources can be attached relatively close to the roll surface.
  • the device essentially comprises a conveyor belt 1, which can also be replaced by one or more counter-rollers and essentially serves to support and convey a substrate 2, the substrate being a substantially plate-shaped or belt-shaped component or workpiece, the surface of which is provided with a UV varnish 3 needs to be coated.
  • the UV varnish 3 is applied to the surface of the substrate 2 from a storage container 6 at a coating station 4 by means of a rotatingly driven coating roller 5.
  • the UV varnish 3 is hardened using UV radiation.
  • the UV varnish 3 hardened on the surface of the substrate 2 is deep cured using a conventional emitter 12, which in the present case can be designed as an energy-saving LED emitter 13 with radiation in a spectral range between 365 nm and 390 nm.
  • This deep hardening is not necessary in every case, but depends on the UV source 10 used, the UV varnish 3 used and other manufacturing or process parameters such as, in particular, the process speed.
  • the LED-UV emitters 11 can be arranged distributed over the circumference of the roller core 8 of the roller 7 and, for example, extend in a network-like manner over the peripheral surface, as in Fig 1 and 3 is indicated.
  • the UV sources 10 designed as LED-UV emitters 11 can be inserted into groove-like depressions 16, which extend over the circumference of the roller core 8 over the width of the roller 7.
  • the depressions 16 may have a reflective surface and a UV radiation focusing geometry, as shown in FIGS Figs. 2 and 3 shown.
  • the channel-like depressions 16 can be filled with various media, for example liquids or gases, these media being as permeable as possible must be suitable for UV radiation and should have an advantageous optical density.
  • the media can also serve as a heat transfer medium and dissipate unwanted process heat.
  • the heat that arises during radiation emission can be transferred via the metallic ones via the back of the LED-UV emitters 11 Remove the roller core 8 or the media present in the recesses 16. It is also possible to equip the roller core 8 with cooling holes for water cooling, which is coupled to a cooling device in a manner familiar to those skilled in the art. By dissipating the heat from the LED-UV emitters 11, heating of the LED-UV emitters 11, which leads to functional restrictions, is avoided and a relatively large radiation output or a low wavelength of the UV radiation can also be achieved, with lower wavelengths due to higher energy contents Curing of the UV varnish 3 can be an advantage.
  • the control of the UV sources 10, which are advantageously only supplied with voltage when they are aligned in the direction of the substrate 2, i.e. there is a relatively direct radiation path, is carried out by an electronic control with which the position is detectable, or an in Fig. 6 Arrangement of a live contact segment 20 shown is possible, which is acted upon by the contacts 21 assigned to the LED-UV emitters 11 or light segments 17 to close electrical circuits depending on the rotational position of the roller 7. A circuit is only closed to supply energy to the LED-UV emitters 11 when the light segments 17 with the associated contacts 21 are in the area of the arcuate contact segment 20. This makes it possible to switch the LED UV lamps 11 on and off sequentially, which results in a saving of electrical energy and a reduction in heat generation.
  • the roller covering 9 of the roller 7, which is permeable to UV radiation, has a thickness of approximately 2% to 80%, preferably between 10% and 20% of the radius of the roller 7 and has an elasticity, for example with a hardness of between 30 and 60 Shore-A.
  • the roller covering 9 can consist of various materials that are transparent to UV radiation, with a low extinction coefficient being advantageous in order to achieve a high radiation intensity.
  • elastic polyurethane materials, silicone rubbers or other transparent elastic rubbers can be used, which preferably do not contain any fillers that increase the extinction coefficient.
  • the LED-UV emitters 11 assigned to the roller core 8 can be enclosed directly by the roller covering 9. Then the beam path can without additional material transfer from the LED-UV lamp 11 directly into the roller covering 9. This structure can be easily implemented by fixing the LED-UV emitters 11 on the roll core 8 and casting the roll covering 9 around it.
  • the roller covering 9, which consists of a silicone rubber mixture, can be applied to the roller core 8, for example in several layers, with a relatively elastic layer with very good adhesion to the roller core 8 being applied in a brushing process, then the roller 7 precoated in this way is transferred to a casting mold and the majority of the silicone rubber is cast with a grade that has advantageous mechanical properties in terms of elasticity and durability.
  • it can be subjected to surface treatments or a release agent can be used in the production of the roller 7.
  • roller covering 9 can also be designed in such a way that it is completely or partially replaceable. This means you can create different surface structures if necessary without having to have different rollers 7 available. In addition, worn roller coverings 9 can be replaced without having to produce a completely new roller 7.
  • the roller covering 9 can be designed in such a way that after its removal, the individual LED-UV emitters 11 or light segments 17 can be reached in order to enable replacement if necessary.
  • the roller covering 9 can, for example, be designed as a kind of shell that can be pushed over the roller core 8.
  • An axial fixation of the roller covering 9 can preferably take place on the end faces of the roller 7 with appropriate holders.
  • the roller covering 9 can be provided with protuberances or extensions or the like, which engage in corresponding recesses in the roller core 8.
  • the roller covering 9 When the roller covering 9 is pulled onto the roller core 8, the roller covering 9 can be elastically stretched so that it also rests against the roller core 8 in a pre-stressed manner.
  • roller covering 9 can be provided with a structure on its peripheral surface 14, which is produced by subsequent processing or by a casting process in which the structure of the die is incorporated into the casting mold.
  • the highest possible radiation intensity when curing the UV varnish 3 is advantageous, since then work can be carried out with a high process speed and/or a low reactivity of the UV varnish 3.
  • All types of electromagnetic radiation that are suitable for activating the photoinitiator or starting the radical reaction through another process can be used to cure the UV varnish 3. It is important to ensure that the radiation is not absorbed by the roller covering 9.
  • the feed of Substart 2 is 5 or 10m/min. Good curing of the UV varnish 3 is achieved.
  • the edge areas of the substrate 2 are of good optical quality. There is no evidence of roller unwinding and subsequent post-hardening is not absolutely necessary.
  • the UV varnish 3 used includes a polyether acrylate as a reactive resin component, which enables a high-quality and lightfast varnish for indoor use.
  • TMP03TA is used as the reactive diluent, which is favorable in terms of labeling.
  • TPO-L is used as the photoinitiator, which works very well at the wavelength of the radiation used.
  • Airex 901W was used as the defoamer and Tego Rad 2650 as the leveling agent.

Abstract

Bei einem Verfahren zum Härten von auf die Oberfläche eines Substrates (2) aufgetragenem UV-Lack (3) unter Verwendung einer Walze (7), deren Walzenkern (8) mindestens eine UV-Strahlung emittierende UV-Quelle (10) zugeordnet ist, durchdringt die UV-Strahlung einen umfangsseitig umhüllenden Walzenbelag (9) und trifft auf die mit dem UV-Lack (3) beschichtete Oberfläche auf.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Härten von UV-Lack und Vorrichtung dazu.
  • In der Lacktechnik bzw. Lackiertechnik wird der Härtung von Lacken mittels ultravioletter (UV-) Strahlung zunehmende Bedeutung beigemessen. UV-härtende Lacksysteme, im Folgenden auch als UV-Lacke bezeichnet, weisen eine relativ hohe mechanische und chemische Beständigkeit auf und sind innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit, beispielsweise innerhalb weniger Sekunden aushärtbar. Im Weiteren ist die zum Aushärten benötigte Energie UVhärtender Lacksysteme im Vergleich mit thermisch aushärtenden Lacksystemen deutlich geringer und die UV-härtenden Lacksysteme lassen sich einfach lösemittelfrei formulieren.
  • Mit diesen Eigenschaften haben UV-Lacke ihren Siegeszug beispielsweise in der Möbelindustrie und bei bahnförmigen Substraten bzw. Bauteilen angetreten. Auch bei der Lackierung von Metall kommen UV-Lacke zunehmend zur Anwendung.
  • Da für die Aushärtung der UV-Lacke eine gleichmäßige Bestrahlung mit UV-Licht sehr vorteilhaft ist, ist derzeit die Anwendungen im Wesentlichen auf die Beschichtung flacher Substrate und/oder Substrate mit relativ einfacher Geometrie beschränkt. Bei den Substraten bzw. Bauteilen kann es sich beispielsweise um Bleche oder Platten oder dergleichen aus Metall; Holz, Stein, Pappe oder sonstigen zu beschichtenden Materialien handeln.
  • Bei der Aushärtung von UV-Lacken werden durch das UV-Licht Fotoinitiatoren der UV-Lacke in Radikale gespalten, die wiederum die Doppelbindungen in einer Kettenreaktion polymerisieren. Die Reaktion läuft schnell ab, wird aber an der Grenzfläche zur Umgebungsluft durch Sauerstoffmoleküle, die als Radikalfänger wirken, gestört. Um dem entgegenzuwirken, wird mit einer relativ starken Dosis UV-Licht und Fotoinitiatoren gearbeitet, damit der Lack auch an der Oberfläche ausreichend stark vernetzt und "klebfrei" wird.
  • Als UV-Quellen werden häufig Quecksilberdampflampen verwendet, deren Spektrum man durch Dotierungen auf die Anforderungen anpassen kann. Elektronenstrahler und Röntgenstrahler haben sich aus arbeitsmedizinischen Gründen und aufgrund der hohen Anschaffungskosten nicht stark durchgesetzt. Seit einigen Jahren kommen auch UV-LED Strahler zum Einsatz, die einen geringen Energiebedarf aufweisen und ohne die Verwendung von Quecksilber arbeiten. Nachteilig sind UV-LED Strahler insofern, als diese längerwelliges UV-Licht erzeugen und sich die Sauerstoffinhibierung derzeit als problematisch darstellt. Nur reaktive Lack-Systeme lassen sich mit LED-Strahlern aushärten oder die Aushärtung erfolgt unter einem Schutzgas oder bei sehr kurzen Abständen.
  • Insbesondere unter dem Aspekt der möglichen Energieeinsparung wäre es sehr vorteilhaft, den Härtungsprozess vermehrt von Quecksilberdampflampen auf LED-Strahler umzustellen. Quecksilberdampflampen erzeugen ein breites Spektrum an elektromagnetischer Strahlung, von denen nur ein kleiner Teil für die Aktivierung des Photoinitiators benötigt wird. LED-Strahler können sehr viel selektiver die Strahlung der gewünschten Wellenlänge erzeugen. Während bei einem Konventionellem Härtungsverfahren oftmals 100-200W pro cm Lampenlänge notwendig sind, kann mit einer LED-Lampe eine Strahlung von 4-8W pro cm ausreichen. Insbesondere, wenn man dort die Härtungsreaktion unter Sauerstoffausschluss durchführen kann. Bei einer Härtungsanlage der üblichen Arbeitsbreite von 130cm ist der Energiebedarf bei 13-26kW bei konventioneller Lampentechnik. In dem Beispiel läge der Energiebedarf für die Erzeugung der Strahlung bei 0,5-1kW.
  • Die DE 101 44 579 C2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Fein- bis Mikrostrukturen und/oder komplexen Mikrosystemen durch schichtweisen Aufbau in und aus einer photoaushärtbaren Flüssigkeit zwischen zwei Begrenzungsflächen, wobei die einzelnen Schichten durch Belichtung der Flüssigkeit durch eine der Schicht-Topographie entsprechende Maske hindurch gebildet werden und der Abstand zwischen den Begrenzungsflächen sukzessive um die jeweilige Schichtdicke vergrößert wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die einzelnen Schichten der aufzubauenden Struktur werden zwischen jeweils zwei sich gegenüberstehenden gegenläufigen, die Begrenzungsflächen bildenden Walzen eines Walzenpaares generiert und der Walzenabstand der Walzen des jeweiligen Walzenpaares durch die Dicke der zu bildenden Schicht und der Dicke der bereits vorhandenen Schichten gegeben ist, wobei die erste Schicht auf einer zwischen den Walzen hindurchfahrenden Substratträgerfolie aufgebracht wird. Jeweils eine Walze des Walzenpaares ist als eine Belichtungswalze ausgebildet und besteht aus einem für elektromagnetische Wellen durchlässigen Material, wobei in dieser Belichtungswalze eine elektromagnetische Wellen aussendende Quelle in Form einer Lichtquelle angeordnet ist, und wobei die Oberfläche der Belichtungswalze nicht haftend ausgebildet ist. Insbesondere die Anordnung der Lichtquelle in der rotierenden Belichtungswalze ist in der Praxis relativ aufwändig in der Umsetzung.
  • Im Weiteren zeigt die EP 1 667 836 B1 ein Werkzeug und ein Verfahren zum Erzeugen einer mikrostrukturierten Oberfläche, wobei - eine Matrize mit einem Negativ der zu erzeugenden Mikrostruktur und eine über eine Oberfläche verfahrbare Andruckwalze zum Andrücken der Matrize an die Oberfläche vorhanden sind. Die Matrize ist derart angeordnet, dass beim Verfahren der Walze über die Oberfläche die Matrize in eine rollende Bewegung zwischen Walze und Oberfläche gelangt, so dass das Negativ der Matrize der Oberfläche zugewandt ist. Eine Licht- und/oder Wärmequelle zum Bestrahlen und/oder Beheizen der mikrostrukturierbaren Oberfläche umfassende Vorrichtung zum Beschleunigen des Aushärtens eines aushärtbaren Materials ist derart angeordnet, dass sie beim Verfahren der Andruckwalze über die Oberfläche deren Bewegung begleitet und auf einen Teil der Oberfläche einwirkt. Die Licht- und/oder Wärmequelle befindet sich innerhalb der Andruckwalze und ist so angebracht, dass sich die von ihr emittierte Energie durch das Andruckwalzenmaterial hindurch auf die Matrize zu übertragen vermag (im Falle von Wärme) bzw. die die Matrize zu durchstrahlen vermag (im Falle von Licht). Im letztgenannten Fall muss das Walzenmaterial für die von der Lichtquelle emittierte Wellenlänge einen hohen Transmissionsgrad aufweisen.
  • Aus der EP1 951 436 B1 ist ein "Kalanderverfahren" mit Durchhärtung durch eine Folie bekannt, um eine strukturierte Oberfläche zu erzeugen. Problematisch sind hier die Randbereiche der beschichteten Platte, die beschnitten werden müssen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, das bzw. die eine zuverlässige Aushärtung von UV-Lack auf einem Substrat bei einem relativ geringen apparativen Aufwand sicherstellt.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar.
  • Bei einem Verfahren zum Härten von auf die Oberfläche eines Substrates aufgetragenem UV-Lack unter Verwendung einer Walze, deren Walzenkern mindestens eine UV-Strahlung emittierende UV-Quelle zugeordnet ist, wobei die UV-Strahlung einen umfangsseitig umhüllenden Walzenbelag durchdringt und auf die mit dem UV-Lack beschichtete Oberfläche auftrifft.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst eine Walze, die einen zentralen Walzenkern und einen peripheren Walzenbelag umfasst, wobei der Walzenkern mehrere über dem Umfang verteile UV-Quellen haltert, deren emittierte UV-Strahlung den für UV-Strahlung durchlässigen Walzenbelag durchdringt und auf die mit dem UV-Lack beschichtete Oberfläche des Substrates auftrifft, um den UV-Lack zu härten.
  • In einem ersten Schritt wird UV-Lack auf die Substrat- oder Bauteiloberfläche aufgetragen. Diese Beschichtung kann in einem Walzverfahren, Gießverfahren, Spritzverfahren, mit einem Rakel oder dergleichen in einem oder mehreren Schritten erfolgen. Die Beförderung bzw. der Transport des Substrates erfolgt durch eine geeignete Transportvorrichtung. Beispielsweise kann die Walze oder eine der Walze gegenüberliegend angeordnete Gegenwalze angetrieben sein, um das Substrat zu fördern. Die Bewegungsrichtung des Substrates und der Walze können gleichgerichtet sein, wobei die Geschwindigkeiten des Substrates und der Walze gleich oder unterschiedlich sein können.
  • Aufgrund des Anpressdrucks der Walze bzw. des Walzenbelags auf der Oberfläche des Substrates bildet der Walzenbelag auf seine Abwälzlinie eine zu dem Substrat parallele Fläche, den so genannten Walzennip. Zwischen dem Substrat und dem Walzenbelag befindet sich der zunächst ungehärtete UV-Lack. An einer Einlaufkante zwischen dem Substrat und dem Walzenbelag bildet sich ein kleiner Wulst mit flüssigem UV-Lack, der wächst, bis die mit dem Substrat angelieferte Lackmenge der Lackmenge entspricht, die unter der Oberfläche des Walzenbelags transportiert wird. Die Größe des sich bildenden Lackwulstes ist im Wesentlichen abhängig von der Viskosität des UV-Lacks, dem Anpressdruck der Walze bzw. des Walzenbelags auf der Oberfläche des Substrates und dem Geschwindigkeitsgefälle zwischen der Walze und dem Substrat. Darüber hinaus haben die Beschaffenheit des Walzenbelags und des Substrates einen Einfluss auf die Wulstbildung.
  • Der UV-Lack, der sich zwischen dem Substrat und dem Walzenbelag befindet, wird während des Transports des Substrates mit der UV-Strahlung ausgehärtet. Dazu ist die UV-Strahlungsquelle bzw. die UV-Strahlung derart ausgerichtet an dem Walzenkern vorzugsweise in dessen peripherer Umfangsfläche befestigt, dass die UV-Strahlung den Walzenbelag durchdringt und auf den UV-Lack trifft, um den UV-Lack auszuhärten. Hierbei ist selbstverständlich die Anordnung optischer Elemente zur Bündelung bzw. Ausrichtung der von der UV-Quelle ausgehenden UV-Strahlung möglich, wobei diese optischen Elemente dem Walzenkern und/oder dem Walzenbelag zugeordnet werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Dadurch, dass der Härtungsprozess ohne Kontakt zu Sauerstoff aus der Umgebungsluftluft stattfindet, es also keine Sauerstoffinhibierung gibt, ist der Vernetzungsgrad an der Oberfläche relativ hoch, wodurch positive mechanische und chemische Eigenschaften der Lackoberfläche erzielbar sind. Nach der UV-induzierten Polymerisation kommt das Werkstück, also das Substrat mit dem ausgehärteten Lack durch den Transport wieder frei, verlässt also den Bereich der Walze und überschüssiger Lack, der sich in kleinen Mengen in Laufrichtung seitlich an der Substartkante und an der Auslaufkante aufgebaut hat, bleibt als Grat an dem Werkstück haften. Durch die Rückstellbewegung des Walzenbelags trennt sich der Lack relativ leicht von der Walzenoberfläche. Dies wird durch die Wahl eines geeigneten Belagsmaterials (z.B. Silikon) und gegebenenfalls einer Oberflächenbehandlung der Walze unterstützt. Sollen optisch hochwertige und sehr gleichförmige Oberflächenstrukturen auf dem Substrat erzielt werden, ist es wichtig, dass kein gehärtetes Lackmaterial auf der Walze haften bleibt. Gegebenenfalls kann ein Abstreifer vorgesehen werden, der solche anhaftenden Lackreste von dem Walzenbelag entfernt.
  • Als UV-Quellen können LED-Strahler mit einer Strahlung in einem Spektralbereich zwischen 365 nm und 390 nm zum Einsatz kommen, die derzeitig kommerziell erhältlich sind. Andere Wellenlängenbereiche sind ebenfalls möglich. Bei 365-390 nm dringt diese Strahlung verhältnismäßig tief in das ausgehärtete Lackmaterial eindringt. Die Auswahl des bevorzugten Strahlers nimmt der Fachmann in Abhängigkeit von der Formulierung des UV-Lacks vor. Die LED-UV-Strahler sind zweckmäßigerweise über die Länge und den Umfang des Walzenkerns verteilt angeordnet.
  • Bei der Beschichtung von starrem plattenförmigem Material hat das hier beschriebene Verfahren beispielsweise den Vorteil, dass Fehlstellen im Randbereich wie sie Verfahren nach dem aus dem Stand der Technik bekannten Kalanderverfahren häufig sind, nicht oder jedenfalls in reduziertem Umfang auftreten, da über die gesamte Breite der Walze ein gleichmäßiger Druck auf der Polymerisationsmischung, also dem UV-Lack, lastet und es kein "Verrutschen" der Folie im Randbereich gibt, was dort zu Fehlstellen führt.
  • Der Walzenkern muss mechanisch stabil den Anpressdruck auf die Gegenwalze oder das Transportband ermöglichen und die Kraft für die Drehung der Walze aufnehmen können. Im Weiteren sollte der Walzenkern vorteilhafterweise reflektierende Eigenschaften aufweisen, um Streulicht zur Walzenoberfläche also zur Oberfläche des Walzenbelags zu reflektieren. Der Walzenkern kann aus Metall wie Eisen, Stahl, Alu oder Metalllegierungen wie Messing bestehen. Für druckempfindlichere Substrate und kleine Walzen sind auch Kunststoffe zur Fertigung des Walzenkerns denkbar.
  • Der Walzenbelag sollte eine gute Durchlässigkeit für die zur Initiierung der Polymerisationsreaktion notwendige UV-Strahlung aufweisen. Eine niedrige optische Dichte des Materials kann sich positiv auswirken, da es vorteilhaft sein kann, wenn der Strahlungsübergang vom Walzenbelag in die Polymerisationsmischung ins optisch dichtere Medium erfolgt. Außerdem muss der Walzenbelag eine gewisse Elastizität besitzen, die die Ausbildung eines Walzennipps ermöglicht, damit unter diesem die Vernetzungsreaktion stattfinden kann. Auch zur einfachen Abtrennung des ausgehärteten Lacks von der Walzenoberfläche ist eine gute mechanische Verformbarkeit und eine schnelle Rückstellung in die ursprüngliche Form vorteilhaft. Anhaftungen von Lackmaterial auf der Walze führen zu einer Verschlechterung der Qualität der Beschichtung.
  • Die UV-Strahler können als eine Zwischenschicht zwischen dem Walzenkern und dem Walzenbelag angeordnet sein. Sie können aber auch in den Walzenkern oder in den Walzenbelag integriert sein. Sowohl über den Umfang als auch über die Breite der Walze sollten die UV-Strahler möglichst gleichmäßig verteilt sein. Sollte aus technischen Gründen eine ungleichmäßige Strahlungsverteilung nötig sein, kann man von dieser Vorgabe abweichen.
  • In Ausgestaltung sind die UV-Strahler bzw. UV-Quellen schaltbar und werden nur dann mit Spannung versorgt, wenn die ausgesendete Strahlung auf dem direkten Weg vom UV-Strahler durch den Walzenbelag in die unter dem Walzennipp befindliche Polymerisationsmischung geht. Zur lageabhängigen Spannungsversorgung schaltet entweder eine elektronische Steuerung in Abhängigkeit von Signalen eines Positionserfassungssensors die Spannungsversorgung bestimmter UV-Quellen ein- und aus oder Strompfade der jeweils in einer Reihe angeordneten und miteinander verschalteten UV-Quellen sind mit einem stirnseitig der Walze zugeordneten Kontakt verbunden, der ein spannungführendes Kontaktsegment zum Öffnen und Schließen eines Stromkreise beaufschlagt.
  • Bevorzugt ist jeweils eine sich über die Breite des Walzenkerns erstreckende Reihe von UV-Quellen in einem auswechselbar an dem Walzenkern zu befestigenden Leuchtsegment integriert sind. Nach dem Erreichen ihrer Lebensdauer oder bei einer sonstigen Beschädigung können einzelne Leuchtsegmente gewechselt werden, insbesondere nach einem Entfernen des Walzenbelags.
  • Zur Abführung von Prozesswärme ist der Walze eine Kühlvorrichtung zugeordnet. Beispielsweise kann der Walzenkern Kühlbohrungen oder dergleichen aufweisen, die von einem Kühlmittel durchströmt werden.
  • Vorzugsweise ist der Walzenbelag der Walze elastisch ausgebildet. In Abhängigkeit von dem Anpressdruck der Walze auf dem mit UV-Lack beschichteten Substrat bildet sich eine mehr oder weniger große Anpressfläche aus. Zweckmäßigerweise weist der Walzenbelag eine Shore A-Härte zwischen 30 und 60 auf. Der Walzenbelag ist demnach verhältnismäßig weich gestaltet. Im Weiteren kann der Walzenbelag austauschbar, insbesondere reversibel austauschbar auf dem Walzenkern angeordnet ist. Sonach lassen sich mit unterschiedlichen Walzenbelägen unterschiedliche Strukturen des ausgehärteten UV-Lacks erzeugen und bei einem Verschleiß ist ein Ersatz des Walzenbelags realisierbar. Zur Erzeugung von Oberflächeneffekten in der lackierten Oberfläche ist der Walzenbelag entweder glatt ausgeführt oder weist eine Oberflächenstruktur auf. Die Beschaffenheit der Oberfläche des Walzenbelags dient zur Erzeugung von Oberflächenstrukturen der Lack-Beschichtung, da sich die Oberflächenstruktur der Walze auf der Lackoberfläche abbildet. Eine glatte Oberfläche des Walzenbelags erzeugt beispielsweise eine hochglänzende Oberfläche des fertigen Bauteils, also der Beschichtung bzw. des UV-Lacks und in Abhängigkeit von der Oberflächenstruktur können unterschiedliche Glanzgrade, Strukturen oder Effekte wie Anti-Finger-Print-Eigenschaften erzielt werden.
  • Der Walzenbelag kann eine Dicke von 2% bis 80%, bevorzugt von 10% bis 20% des Radius der Walze aufweisen.
  • Um eine Förderung des Substrates zu bewerkstelligen und eine Schichtdicke des UV-Lacks auf dem Substrat zu bestimmen, ist nach einer Weiterbildung der Erfindung der Walze eine verstellbare Gegenwalze zugeordnet, wobei zwischen Walze und der Gegenwalze das mit dem UV-Lack beschichtete Substrat förderbar ist. Selbstverständlich sind die Walze und die Gegenwalze in einem Gestell gelagert und gegebenenfalls mit Antrieben verbunden, die sowohl eine Rotationsbewegung als auch eine lineare Zustellbewegung der Gegenwalze relativ zur Walze ermöglichen. Die Gegenwalze sorgt dafür, dass das mit UV-Lack beschichtete Substrat mit einem notwendigen Druck gegen Walze gedrückt wird. Dabei ist der Abstand zwischen dem Substrat und der Walze so einzustellen, dass die mit dem Walzenbelag beschichtete Walze mindestens 1% der Dicke des Walzenbelags und höchstens 20% der Dicke des Walzenbelags, vorzugsweise zwischen 3% und 10% der der Dicke des Walzenbelags gegenüber dem Abstand, den das Substrat von der unbelasteten Walze aufweist, unterschreitet.
  • Der Druck der Walze lastet gleichmäßig auf der gesamten Fläche des Substrates und trennt sich auch in den Randbereichen nicht vom Substrat, wodurch die Gefahr von Fehlstellen in der lackierten Oberfläche reduziert ist. Im Weiteren müssen keine fehlerhaften Randbereiche entfernt werden. Daher können bereits fertig formatierte Substrate beschichtet werden.
  • Die Kanten oder zumindest die Rundung an der Kante werden durch das Eindrücken der Härtungswalze minimal mitbeschichtet. Dies bietet Vorteile bei der Beschichtung von Platten mit angeklebter Kante. Solche Platten finden in der Möbelindustrie oft Verwendung. Dadurch, dass die Kleb-Naht von oben mit dem Decklack versiegelt wird, sind die so lackierten Werkstücke viel besser vor eindringender Feuchte geschützt. Ein eventuell überstehender Grat von Beschichtungsstoff an der senkrechten Kante lässt sich mechanisch mit einer Vorrichtung leicht entfernen.
  • Zweckmäßigerweise ist die UV-Quelle als ein LED-UV-Strahler ausgebildet. Der LED-UV-Strahler ist energieeffizient und sorgt für eine relativ geringe Aufheizung der Anlage. Selbstverständlich können auch andere Strahlungsquellen für UV-Licht zum Einsatz kommen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Im Weiteren ist zur Tiefenhärtung des UV-Lacks eine Lichtstrahlung emittierende Lichtquelle angeordnet, deren Lichtstrahlung auf das Substrat richtbar ist, dessen Oberfläche mit dem gehärteten UV-Lack beschichtet ist.
  • Ist die UV-Quelle bzw. sind die LED-UV-Strahler der Oberfläche der Walze, also der peripheren Umfangsfläche des Walzenkerns unmitellbar unterhalb des Walzenbelags angeordnet, geht die überwiegende Strahlung in Richtung des zu härtenden UV-Lacks und der Intensitätsverlust ist gegenüber einer stab- oder punktförmigen Strahlungsquelle, die zentral in der Walze angebracht ist, relativ gering. Im Weiteren wird Wärme über den Walzenkern von der UV-Quelle abgeführt und jede der UV-Quellen ist nur eine gewisse Zeit, in der sie eine Lage einnimmt, in der die Strahlung auf den UV-Lack trifft, aktiv und kann in der übrigen nicht aktiven Zeit abkühlen. Jeder Walzenumfang ist möglich, da die Strahlungsquellen relativ dicht an der Walzenoberfläche angebracht werden können.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrates mit einem UV-Lack, also zur Durchführung eines La-ckierprozesses,
    Fig. 2
    eine schematische Seitenansicht einer alternativen Walze gemäß Einzelheit II nach Fig. 1,
    Fig. 3
    eine schematische Perspektivdarstellung der Walze nach Fig. 2
    Fig. 4
    eine weitere Seitenansicht der Walze nach Fig. 2,
    Fig. 5
    eine schematische Vorderansicht der Walze nach Fig. 4 und
    Fig. 6
    eine weitere Seitenansicht der Walze nach Fig. 2.
  • Die Vorrichtung umfasst im Wesentlichen ein Transportband 1, das auch durch eine oder mehrere Gegenwalzen zu ersetzen ist und im Wesentlichen zur Auflage und Förderung eines Substrates 2 dient, wobei das Substrat ein im Wesentlichen plattenförmiges oder bandförmiges Bauteil bzw. Werkstück ist, dessen Oberfläche mit einem UV-Lack 3 zu beschichten ist. Der UV-Lack 3 wird in einem ersten Arbeitsschritt an einer Beschichtungsstation 4 mittels einer rotierend angetriebenen Beschichtungswalze 5 aus einem Vorratsbehälter 6 auf die Oberfläche des Substrates 2 aufgetragen.
  • In einem zweiten Arbeitsschritt findet die Härtung des UV-Lacks 3 mittels UV-Strahlung statt. Hierzu ist ein Walzenkern 8 einer Walze 7, die im Weiteren einen peripheren Walzenbelag 9 umfasst, der für UV-Strahlung durchlässig ist, mit als LED-UV-Strahler 11 ausgebildeten UV-Quellen 10 bestückt.
  • In einem dritten Arbeitsschritt erfolgt eine Tiefenhärtung des auf der Oberfläche des Substrates 2 gehärteten UV-Lacks 3 mit einem konventionellen Strahler 12, der vorliegend als ein energiesparender LED-Strahler 13 mit einer Strahlung in einem Spektralbereich zwischen 365 nm und 390 nm ausgebildet sein kann. Diese Tiefenhärtung ist nicht in jedem Fall erforderlich, sondern von der Verwendeten UV-Quelle 10, dem eingesetzten UV-Lack 3 sowie weiteren Fertigungs- bzw. Prozessparametern wie insbesondere der Prozessgeschwindigkeit abhängig.
  • Die LED-UV-Strahler 11 können über den Umfang des Walzenkerns 8 der Walze 7 verteilt angeordnet sein und sich beispielsweise netzartig über die Umfangsfläche erstrecken, wie in Fig 1 und 3 angedeutet ist.
  • Alternativ können die als LED-UV-Strahler 11 ausgebildeten UV-Quellen 10 in nutenartige Vertiefungen 16, die sich über den Umfang des Walzenkerns 8 verteilt über die Breite der Walze 7 erstrecken, eingesetzt werden. Die Vertiefungen 16 können eine spiegelnde Oberfläche und eine die UV-Strahlung fokussierende Geometrie aufweisen, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Hierbei ist es möglich die LED-UV-Strahler 11 beispielsweise in einer Ausgussmasse zu integrieren und zu einem Leuchtsegment 17 zusammenzufassen, wobei das Leuchtsegment 17 auswechselbar in der zugeordneten Vertiefung 16 befestigt ist. Die kanalartigen Vertiefungen 16 können mit verschiedenen Medien, beispielsweise Flüssigkeiten oder Gase, gefüllt sein, wobei diese Medien möglichst durchlässig für die UV-Strahlung sein müssen und eine vorteilhafte optische Dichte aufweisen sollten. Außerdem können die Medien als Wärmeträger dienen und unerwünschte Prozesswärme abführen.
  • Bei einer Anordnung der LED-UV-Strahler 11 auf der Oberfläche des Walzenkerns 8 bzw. in den Vertiefungen 16 des Walzenkerns 8, lässt sich über die Rückseite der LED-UV-Strahler 11 die Wärme, die bei der Strahlungsemission entsteht, über den metallischen Walzenkern 8 bzw. die in den Vertiefungen 16 vorhandenen Medien abführen. Hierbei ist es auch möglich, den Walzenkern 8 mit Kühlungsbohrungen einer Wasserkühlung auszustatten, die mit einem Kühlgerät in einer dem Fachmann geläufigen Weise gekoppelt ist. Durch die Abführung der Wärme der LED-UV-Strahler 11 ist eine zu Funktionseinschränkungen führende Erwärmung der LED-UV-Strahler 11 vermieden und auch eine relativ große Strahlungsleistung oder eine niedrige Wellenlänge der UV-Strahlung realisierbar, wobei niedrigere Wellenlängen durch höhere Energiegehalte bei der Härtung des UV-Lacks 3 einen Vorteil darstellen können.
  • Die Kühlmedien durchströmen, in den Fig. 4 und 5 angedeutet, eine ringförmige Leitung 18 pumpen, die mittels stirnseitiger Schleifringdichtungen 19 gegen die Walze 7 abgedichtet sind, um einen Zu- und Ablauf bereitzustellen.
  • Die Steuerung der UV-Quellen 10, die vorteilhafterweise nur dann mit Spannung versorgt werden, wenn sie in Richtung des Substrats 2 ausgerichtet sind, also ein relativ direkter Strahlungsweg gegeben ist, erfolgt durch eine elektronische Steuerung, mit der die Lage erfassbar ist, oder eine in Fig. 6 dargestellte Anordnung eines spannungsführenden Kontaktsegments 20 möglich, das in Abhängigkeit von der Drehstellung der Walze 7 von den LED-UV-Strahlern 11 bzw. Leuchtsegmenten 17 zugeordneten Kontakten 21 zum Schließen von Stromkreisen beaufschlagt wird. Ein Stromkreis wird nur dann zur Energieversorgung der LED-UV-Strahler 11 geschlossen, wenn sich die Leuchtsegmente 17 mit den zugeordneten Kontakten 21 im Bereich des bogenförmigen Kontaktsegments 20 befinden. Somit ist ein sequenzielle Ein- und Ausschalten der LED-UV-Strahler 11 möglich, womit eine Einsparung von elektrischer Energie und eine Verringerung der Wärmeentwicklung einhergeht.
  • Der für UV-Strahlung durchlässige Walzenbelag 9 der Walze 7 weist eine Dicke von etwa 2% bis 80%, vorzugsweise zwischen 10% und 20% des Radius der Walze 7 und besitzt eine Elastizität beispielsweise bei einer Härte zwischen 30 und 60 Shore-A.
  • Der Walzenbelag 9 kann aus verschiedenen für die UV-Strahlung transparente Materialien bestehen, wobei ein geringer Extinktionskoeffizient vorteilhaft ist, um eine hohe Strahlungsintensität zu erzielen. Zur Verwendung können beispielsweise elastische Polyurethanmaterialien, Silikonkautschuke oder andere transparente elastische Kautschuke kommen, die bevorzugt keine den Extinktionskoeffizienten erhöhenden Füllstoffe enthalten.
  • Die dem Walzenkern 8 zugeordneten LED-UV-Strahler 11 können direkt vom Walzenbelag 9 umschlossen sein. Dann kann der Strahlenweg ohne zusätzlichen Materialübergang vom LED-UV-Strahler 11 direkt in den Walzenbelag 9 übergehen. Dieser Aufbau lässt sich einfach realisieren, indem die LED-UV-Strahler 11 an dem Walzenkern 8 fixiert werden und der Walzenbelag 9 darum gegossen wird.
  • Alternativ kann der aus einer Silikonkautschukmischung bestehende Walzenbelag 9 beispielsweise in mehreren Schichten auf den Walzenkern 8 aufgetragen werden, wobei eine relativ elastische Schicht mit einer sehr guten Haftung zum Walzenkern 8 in einem Streichverfahren aufgebracht wird, anschließend die derart vorbeschichtete Walze 7 in eine Gießform überführt und die Hauptmenge des Silikonkautschuks mit einer Type, die vorteilhafte mechanische Eigenschaften bezüglich Elastizität und Dauerhaftigkeit besitzt, vergossen wird. Um die Haftung des UV-Lacks 3 auf dem Walzenbelag 9 zu minimieren, kann dieser Oberflächenbehandlungen unterzogen oder ein Trennmittel bei der Fertigung des Walze 7 verwendet werden.
  • Der Walzenbelag 9 lässt sich in weiterer alternativer Ausgestaltung auch dergestalt ausführen, dass er ganz oder teilweise auswechselbar ist. So kann man ohne unterschiedliche Walzen 7 vorhalten zu müssen bei Bedarf verschiedene Oberflächenstrukturen erzeugen. Außerdem können verschlissene Walzenbeläge 9 ausgetauscht werden, ohne dass eine komplett neue Walze 7 gefertigt werden muss.
  • Der Walzenbelag 9 kann derart ausgeführt sein, dass nach dessen Entfernung die einzelnen LED-UV-Strahler 11 bzw. Leuchtsegmente 17 erreichbar sind, um gegebenenfalls einen Austausch zu ermöglichen. Der Walzenbelag 9 kann beispielsweise als eine Art Hülle ausgebildet sein, die über den Walzenkern 8 geschoben werden kann. Eine axiale Fixierung des Walzenbelags 9 kann vorzugsweise an den Stirnseiten der Walze 7 mit entsprechenden Halterungen erfolgen. Zur radialen Fixierung kann der Walzenbelag 9 mit Ausstülpungen oder Fortsätzen oder dergleichen versehen sein, die in entsprechende Vertiefungen des Walzenkerns 8 eingreifen. Beim Aufziehen des Walzenbelags 9 auf den Walzenkern 8 kann der Walzenbelag 9 elastisch gedehnt werden, so dass er auch vorgespannt an dem Walzenkern 8 anliegt.
  • Selbstverständlich kann der Walzenbelag 9 auf seiner umfangsseitigen Oberfläche 14 mit einer Struktur versehen sein, die durch eine nachträgliche Bearbeiten oder durch ein Gießverfahren, bei dem die Struktur der Matrize in die Gießform eingearbeitet ist, erzeugt wird.
  • Für eine optimale Funktion der Anlage ist eine möglichst hohe Strahlungsintensität bei der Aushärtung des UV-Lacks 3 vorteilhaft, da dann mit einer hohen Prozessgeschwindigkeit und/oder einer geringen Reaktivität des UV-Lacks 3 gearbeitet werden kann. Dazu ist es vorteilhaft, wenn die Strahlung der UV-Quellen 10 mit optischen Bauteilen fokussiert wird, um unproduktives Streulicht zu vermeiden.
  • Alle elektromagnetischen Strahlungsarten, die geeignet sind, den Photoinitiator zu aktivieren oder die radikalische Reaktion durch einen anderen Prozess zu starten, können zur Härtung des UV-Lacks 3 verwendet werden. Es ist darauf zu achten, dass die Strahlung vom Walzenbelag 9 nicht absorbiert wird. Der Vorschub des Substarts 2 beträgt 5 oder 10m/min. Es wird eine gute Aushärtung des UV-Lacks 3 erzielt. Die Randbereiche des Substrates 2 sind von guter optischer Qualität. Eine Walzenabwicklung ist nicht zu erkennen und eine anschließende Nachhärtung nicht zwingend erforderlich.
  • Der verwendete UV-Lack 3 umfasst ein Polyetheracrylat als Reaktivharzkomponente, die für den Innenbereich eine hochwertige und lichtechte Lackierung ermöglicht. Als Reaktivverdünner wird TMP03TA verwendet, welches günstig bezüglich der Kennzeichnung ist. Als Photoinitiator kommt TPO-L zum Einsatz, der bei der Wellenlänge der verwendeten Strahlung sehr gut funktioniert. Als Entschäumer wurde Airex 901W und als Verlaufsmittel Tego Rad 2650 verwendet.
  • Folgende Rezeptur geht auf 100T auf:
    75T Laromer PO 84 F (BASF)
    19,5T TMP03TA (z.B. Fa. Miwon)
    5T TPO-L (Fa. BASF)
    0,3T Tego RAD 2650 (Fa. Evonik)
    0,2T Tego Airex 901 W (Fa. Evonik)
  • Die gezeigte Formulierung ist nur ein Beispiel. Es sind vielfältige andere Kombinationen möglich, je nach Anforderungen an die Beschichtung
    • Bezugszeichen
    • 1.
    Transportband
    2.
    Substrat
    3.
    UV-Lack
    4.
    Beschichtungsstation
    5.
    Beschichtungswalze
    6.
    Vorratsbehälter
    7.
    Walze
    8.
    Walzenkern
    9.
    Walzenbelag
    10.
    UV-Quelle
    11.
    LED-UV-Strahler
    12.
    Strahler
    13.
    LED-Strahler
    14.
    Oberfläche von 9
    15.
    Bauteil
    16.
    Vertiefung
    17.
    Leuchtsegment
    18.
    Leitung
    19.
    Schleifringdichtung
    20.
    Kontaktsegment
    21.
    Kontakt

Claims (14)

  1. Verfahren zum Härten von auf die Oberfläche eines Substrates (2) aufgetragenem UV-Lack (3) unter Verwendung einer Walze (7), deren Walzenkern (8) mindestens eine UV-Strahlung emittierende UV-Quelle (10) zugeordnet ist, wobei die UV-Strahlung einen umfangsseitig umhüllenden Walzenbelag (9) durchdringt und auf die mit dem UV-Lack (3) beschichtete Oberfläche auftrifft.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsversorgung der mindestens einen UV-Quelle (10) in Abhängigkeit ihrer Ausrichtung zu dem Substrat (2) erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (7) relativ zu dem Substrat (2) abgerollt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) zwischen der Walze (7) und einer der Walze (7) gegenüberliegenden Gegenwalze oder einem Transportband (1) gefördert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der auf der Oberfläche des Substrats (2) gehärtete UV-Lack (3) tiefengehärtet wird.
  6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Walze (7), die einen zentralen Walzenkern (8) und einen peripheren Walzenbelag (9) umfasst, wobei der Walzenkern (8) mehrere über dem Umfang verteile UV-Quellen (10) haltert, deren emittierte UV-Strahlung den für UV-Strahlung durchlässigen Walzenbelag (9) durchdringt und auf die mit dem UV-Lack (3) beschichtete Oberfläche des Substrates (2) auftrifft, um den UV-Lack (3) zu härten.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Quellen (10) linienförmig ausgerichtet sind und sich über die Breite des Walzenkerns (8) erstrecken.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere in einer Reihe angeordnete UV-Quellen (10) in Abhängigkeit von ihrer Position relativ zu dem Substrat (2) mit Spannung versorgbar sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur lageabhängigen Spannungsversorgung entweder eine elektronische Steuerung in Abhängigkeit von Signalen eines Positionserfassungssensors die Spannungsversorgung bestimmter UV-Quellen (10) ein- und ausschaltet oder Strompfade der jeweils in einer Reihe angeordneten und miteinander verschalteten UV-Quellen (10) mit einem stirnseitig der Walze (7) zugeordneten Kontakt (21) verbunden sind, der ein spannungführendes Kontaktsegment (20) zum Öffnen und Schließen eines Stromkreise beaufschlagt.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine sich über die Breite des Walzenkerns (8) erstreckende Reihe von UV-Quellen (10) in einem auswechselbar an dem Walzenkern (8) zu befestigenden Leuchtsegment (17) integriert ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Walze (7) eine Kühlvorrichtung zugeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenbelag (9) der Walze (7) elastisch ausgebildet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Walze (7) eine Gegenwalze oder ein Transportband (1) zugeordnet ist, wobei die Walze (7) und/oder die Gegenwalze und/oder das Transportband (1) relativ zueinander verstellbar sind und zwischen Walze (7) und der Gegenwalze oder dem Transportband das mit dem UV-Lack (3) beschichtete Substrat (2) förderbar ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Quelle (10) als ein LED-UV-Strahler (11) ausgebildet ist.
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