EP4733074A1

EP4733074A1 - Verfahren und vorrichtung zum beschichten eines werkstücks

Info

Publication number: EP4733074A1
Application number: EP25210308.0A
Authority: EP
Inventors: Johannes Schmid; Steffen Finkbeiner
Original assignee: Homag GmbH
Current assignee: Homag GmbH
Priority date: 2024-10-25
Filing date: 2025-10-22
Publication date: 2026-04-29
Also published as: DE102024131195A1

Abstract

Ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks, das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoff, Kunststoff oder dergleichen besteht, umfasst folgende Schritte: Auftragen mindestens einer opaken Basisschicht und/oder mindestens einer transluzenten Deckschicht auf eine Oberfläche des Werkstücks, wobei nach dem Auftragen der mindestens einen Schicht die beschichtete Oberfläche des Werkstücks einen Glanzgrad im matten, insbesondere stumpfmatten Bereich aufweist, wobei vorzugsweise das Auftragen der mindestens einen Schicht, mittels einer Digitaldruckmaschine durchgeführt wird..

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8, und ein Bearbeitungssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 15 zum Beschichten eines Werkstücks, das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoff, Kunststoff oder dergleichen besteht.

Stand der Technik

Zur Herstellung von Möbelteilen oder auch anderen Bauelementen werden häufig Werkstücke verwendet, die zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoff, Kunststoff oder dergleichen bestehen und deren Oberflächen, beispielsweise Breit- und/oder Schmalflächen plattenförmiger Werkstücke, mit einem Beschichtungsmaterial versehen sein können. Insbesondere die Schmalflächen von plattenförmigen Werkstücken werden mit einem (bandförmigen) Kantenband versehen. Aus optischen und funktionalen Gründen werden die Oberflächen der Werkstücke dabei oftmals mittels Druckfarben und Oberflächenlacken bedruckt bzw. beschichtet, wobei hierfür UV-härtende Druckfarben und Lacke Verwendung finden können. Entsprechende Druckvorrichtungen sind beispielsweise aus der DE 10 2020 101 308 A1 , der DE 10 2019 133 335 A1 oder der DE 10 2022 108 850 A1 bekannt.
In der oben beschriebenen Drucktechnik ist es üblich, dass die applizierten Farbpigmentschichten und/oder die beschichteten Oberflächen in einem abschließenden Prozessschritt mit einem Oberflächenlack bzw. Topcoat (Varnish) überzogen werden.
Aufgabe des Topcoats ist die Erzeugung einer widerstandsfähigen, durchsichtigen Schutzschicht, welche vor allem die Abriebfestigkeit, Kratzbeständigkeit oder Chemikalienbeständigkeit der Werkstückoberflächen sicherstellt.
Gleichzeitig soll mit dieser Schicht ein bestimmter Glanzgrad der bedruckten bzw. beschichteten Kunststoff- oder Holzoberfläche eingestellt werden. Derzeit können die Glanzgrade (gemessen in "Gloss Units" nach DIN EN ISO 2813:2015-06) mit nur einer Topcoat-Schicht nur bedingt gesenkt werden. Darunterliegende Farbpigmentschichten sind meist im hochglänzenden Bereich von etwa 95 bis 100 GU angesiedelt. Sollen Glanzgrade unterhalb dieser Werte, insbesondere im matten und stumpfmatten Bereich, eingestellt werden, so muss ein weiteres System für einen zusätzlichen Lackauftrag für eine Topcoat-Schicht in die Druckvorrichtung integriert werden bzw. mehrere Topcoat-Deckschichten nacheinander auf die Werkstückoberfläche appliziert werden. Erst danach stellt sich ein gewünschter niedrigere Glanzgrad im Bereich von 3 bis 5 GU ein, der eine stumpfmatte Optik auf der Werkstückoberfläche hervorruft.
Mit anderen Worten ausgedrückt, um einen Glanzgrad im stumpfmatten Bereich zu realisieren, muss der Oberflächenlack daher mehrmals übereinander aufgetragen werden. Dies führt zu einer dickeren Lackschicht, ist verfahrenstechnisch aufwendig und führt letztendlich auch optisch nicht zu einem zufriedenstellenden Ergebnis. Gleichzeitig wird ein erhöhter Platzbedarf in der Druckvorrichtung benötigt und es entstehen zusätzliche Kosten durch eine weitere Topcoat-Beschichtungseinheit. Zudem steigen auf Grund der höheren Schichtdicke des aufgetragenen Topcoats auch die Kosten pro Laufmeter in der Anwendung.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System vorzusehen, mit dessen Hilfe Werkstücke, die zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoff, Kunststoff oder dergleichen bestehen, kostengünstig und qualitativ hochwertig in matter, insbesondere stumpfmatter Optik (farblich) gestaltet und (optional) widerstandsfähig versiegelt werden können.
Der Erfindung liegt in diesem Zusammenhang der Gedanke zugrunde, dass handelsübliche Beschichtungsmaterialien, deren chemisch-physikalische (Partikel-) Zusammensetzung bekannt ist und welche als Topcoat bzw. als transluzenter Oberflächenlack (Varnish) auf eine bestehende Farbpigmentschicht appliziert werden, Partikel enthalten, die den Glanzgrad der fertig beschichteten Oberfläche reduzieren. Die Partikelgröße der Glanzgrad-vermindernden Partikel ist im Verhältnis zu bekannten Farbpigment-Partikel erheblich größer, sodass sich diese mit Hilfe bekannten Partikelgrößen-Analysemethoden eindeutig bestimmen lassen.
Üblicherweise erfolgt die Beschichtung mit dem Topcoat immer nach (und getrennt von) der Beschichtung mit dem Farbpigmentschichtmaterial. Jedoch wurde erkannt, dass durch eine Zumischung des Topcoats bzw. dessen Glanzgrad-vermindernder Partikel in das Farbpigmentschichtmaterial, der Glanzgrad der (modifizierten) applizierten Farbpigmentschicht in einen matten Bereich, insbesondere zwischen 60 bis 110 GU oder weniger, verschoben werden kann. Nach dem (optionalen) Auftragen des Topcoats bzw. des transluzenten Oberflächenlacks (Varnish) auf die (modifizierte) applizierte Farbpigmentschicht ergibt sich anschließend ein Glanzgrad der fertig beschichteten Werkstückoberfläche von 3 bis 5 GU, was damit eine stumpfmatte Optik bewirkt.
Darüber hinaus wurde erkannt, dass das modifizierte Farbpigmentschichtmaterial erst dann eine gleichmäßige und qualitativ hochwertige matte Optik auf der Werkstückoberfläche entfalten kann (Glanzgrad der applizierten Farbpigmentschicht liegt zwischen 60 bis 110 GU oder weniger), wenn in den Behältern und Leitungen der Beschichtungsvorrichtung einer Entmischung und einem Absetzen des modifizierten Farbpigmentschichtmaterials und des Topcoats bzw. des transluzenten Oberflächenlacks (Varnish) mit geeigneten prozesstechnischen und anlagentechnischen Maßnahmen entgegen gewirkt wird. Dies war bei einem nicht-modifizierten Farbpigmentschichtmaterial bis dato nicht oder nur in beschränkten Umfang notwendig.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist in Anspruch 1 definiert. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Anspruch 8 definiert. Ein erfindungsgemäßes System ist in Anspruch 15 definiert. Besonders bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks, das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoff, Kunststoff oder dergleichen besteht, umfasst folgende Schritte: Auftragen mindestens einer opaken Basisschicht und/oder mindestens einer transluzenten Deckschicht auf eine Oberfläche des Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Auftragen der mindestens einen Schicht die beschichtete Oberfläche des Werkstücks einen Glanzgrad im matten, insbesondere stumpfmatten Bereich aufweist, wobei vorzugsweise das Auftragen der mindestens einen Schicht, mittels einer Digitaldruckmaschine durchgeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei vorteilhaft, da ein dünner Schichtaufbau aus mindestens einer opaken Basisschicht und/oder mindestens einer transluzenten, welche insbesondere eine transparente Deckschicht ist, realisiert werden kann, was die Kosten pro Laufmeter bedruckter Werkstückoberfläche auf ein Minimum reduziert. Die Schichtdicke der opaken Basisschicht liegt dabei beispielsweise in einem Bereich von 5 bis 30 µm und die Schichtdicke der transluzenten, insbesondere transparenten Deckschicht liegt dabei beispielsweise in einem Bereich von 5 bis 50 µm. Gleichzeitig kann mit dem Verfahren eine hochwertig farblich gestaltete Werkstückoberfläche ausgebildet werden, die zusätzlich eine widerstandsfähige und durchsichtige Schutzschicht aufweist, welche sich vor allem durch Abriebfestigkeit, Kratzbeständigkeit und Chemikalienbeständigkeit auszeichnet. Zudem bilden die opake Basisschicht und/oder (die darauf ausgebildete) transluzente, insbesondere transparente Deckschicht, einen Schichtaufbau, welcher eine matte Optik auf der fertig beschichteten Werkstückoberfläche bewirkt. Darüber hinaus ist auch denkbar, dass beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, oder eine Vielzahl von opaken Basisschichten und/oder transluzenten, insbesondere transparenten Deckschichten auf eine Oberfläche des Werkstücks appliziert werden können. Mit dem beschriebenen Beschichtungsverfahren ist zudem möglich die Haptik der beschichteten Oberfläche zu gestalten.
Besonders bevorzugt ist das Auftragen der mindestens einen opaken Basisschicht und/oder transluzenten, insbesondere transparenten Deckschicht auf eine Schmalfläche eines plattenförmigen Werkstücks, das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoff, Kunststoff oder dergleichen besteht. Hierbei kann die Schmalfläche eines plattenförmigen Werkstücks ein bandförmiges Kantenbandmaterial aufweisen. Mit anderen Worten ausgedrückt, die opake Basisschicht und/oder die transluzente, insbesondere transparente Deckschicht wird direkt auf ein bereits aufgeleimtes Kantenband aufgebracht. Auf diese Weise kann ein Kantenbandmaterial nach dem Anbringen auf die Schmalfläche des Werkstücks optisch individuell gestaltet werden. Damit ergibt sich zudem der Vorteil, dass die Bevorratung an unterschiedlichen (optisch gestalteten) Kantenbandmaterialien in einem vorgelagerten Kantenanleimverfahren reduziert werden kann.
Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass das Auftragen der mindestens einen opaken Basisschicht und/oder transluzenten, insbesondere transparenten Deckschicht mittels einer Digitaldruckmaschine durchzuführen ist. Mit Hilfe des Digitaldrucks kann das Druckbild direkt aus einer Datei oder einem Datenstrom von einem Computer in die Druckmaschine übertragen werden, ohne dass eine statische Druckform benutzt wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass flexibel eine Vielzahl von unterschiedlichen Mustern auf das Werkstück aufgebracht werden können. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Digitaldruckmaschine für das Beschichten eines plattenförmigen Werkstücks, da ein in einer Druckdatei hinterlegtes optisches Muster (beispielsweise eine Holzmaserung) auf einer Breitenfläche über/entlang einer Kante auf die Schmalfläche des Werkstücks ununterbrochen/passend weitergeführt werden kann.
Das Beschichtungsverfahren kann insbesondere zum Beschichten eines Werkstücks eingesetzt werden, das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoff und/oder Kunststoff besteht. Es ist aber auch denkbar, dass das Beschichten direkt auf ein faserhaltiges organisches, mineralisches oder synthetisches Dämmstoffmaterial erfolgt, wie beispielsweise Glaswolle oder extrudiertes Polystyrol.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann vor dem Auftragen mindestens einer transluzenten Deckschicht, mindestens eine opake Basisschicht auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragen werden. Dies hat den Vorteil, dass der Glanzgrad der fertig beschichteten Oberfläche in einem matten und insbesondere in einem stumpfmatten Bereich liegt. Gleichzeitig kann die Oberfläche widerstandsfähig und/oder durchsichtig versiegelt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die opake Basisschicht einen Glanzgrad von höchstens 110 GU, bevorzugt höchstens 100 GU, weiter bevorzugt höchstens 90 GU, noch weiter bevorzugt höchstens 80 GU, noch weiter bevorzugt höchstens 70 GU, noch weiter bevorzugt höchstens 60 GU, aufweisen. Auf diese Weise ist es möglich, den Glanzgrad des Werkstücks bereits mit der opaken Basisschicht in einen matten Bereich (vor) einzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann nach dem Auftragen der transluzenten Deckschicht auf die aufgetragene opake Basisschicht die beschichtete Oberfläche des Werkstücks einen Glanzgrad von 3 bis 5 GU aufweisen. Eine Werkstückoberfläche mit diesem Glanzgrad hat eine stumpfmatte Optik und weist gleichzeitig einen dünnen Schichtaufbau mit einer widerstandsfähigen und/oder durchsichtigen Schutzschicht auf. Der entsprechende Glanzgrad kann dabei insbesondere in Abhängigkeit der Schichtdicke (der Basisschicht(en) und Deckschicht(en)), des Farbtons in der Farbpigmentschicht und des Mischungsverhältnisses von Topcoat bzw. Glanzgrad-vermindernder Partikel und Farbpigmentschichtmaterial individuell eingestellt werden.
Bevorzugt kann nur höchstens eine transluzente Deckschicht auf die Oberfläche des Werkstücks oder auf die opake Basisschicht aufgetragen werden. Auf diese Weise kann ein besonders dünner Gesamtschichtaufbau realisiert werden, wobei das Auftragen nur einer einzigen transluzenten Deckschicht in einem einzigen Auftragsschritt sowohl die Prozesskosten als auch die Materialkosten senkt. Beispielsweise beträgt die Schichtdicke der höchstens einen transluzenten Deckschicht beispielsweise 5 bis 50 µm.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann die opake Basisschicht eine Farbpigmentschicht sein, deren Farbpigmente bevorzugt einer der Farben des CYMK-Farbmodells entsprechen. Das CMYK-Farbmodell ist dabei ein subtraktives Farbmodell, das die technische Grundlage für den Vierfarbdruck bildet. CMYK steht für die drei Farbbestandteile Cyan, Magenta, Yellow und den Schwarzanteil, der als Key bezeichnet wird. Das CMYK-Farbmodell beschreibt zu welchen Anteilen die Farbbestandteile kombinieren werden sollen, um einen bestimmten Farbton herzustellen. Das Farbpigmentschichtmaterial mit diesen Farben ermöglicht eine breite Farbpalette zur farblichen Gestaltung der Werkstückoberfläche. Gleichzeitig wird die Anzahl an Grundfarben auf ein Minimum reduziert, wodurch die Bevorratung und die prozesstechnische Verarbeitung erleichtert werden. Es ist jedoch auch denkbar, andere Farbmodelle mit mehr oder weniger als vier Grundfarben zu verwenden, wie beispielsweise das RGB-Farbmodell (rot, grün, blau).
Weiter bevorzugt kann das Verfahren ferner ein, bevorzugt separat voneinander erfolgtes, Aushärten der opaken Basisschicht und/oder der transluzenten Deckschicht umfassen, was bevorzugt mit einer Lichtquelle erfolgen kann. Mit anderen Worten ausgedrückt, nach dem Auftragen der opaken Basisschicht wird diese mit Hilfe einer Lichtquelle, wie beispielsweise einer LED-Lampe, ausgehärtet und anschließend die transluzente Deckschicht aufgetragen, welche dann ebenfalls nach dem Auftragen mit Hilfe einer Lichtquelle ausgehärtet wird. Auf diese Weise kann der Glanzgrad direkt nach dem Auftragen jeder Schicht (nochmals) eingestellt bzw. zusätzlich reguliert werden, indem die Glanzgrad-vermindernden Partikel in der aufgetragenen Schicht individuell fixiert werden. Hierbei ist der Glanzgrad abhängig von der Zeit zwischen Auftragen und Aushärten, Aushärtedauer und/oder der Leistung der Aushärtungsvorrichtung einstellbar, wobei die Aushärtungsvorrichtung insbesondere eine Lichtquelle ist. Auf diese Weise entsteht eine besonders qualitativ hochwertige, noch während des Auftragungsprozesses individuell im Glanzgrad einstellbare mattierte, farbige und robuste Werkstückoberflächenstruktur. Es ist ebenfalls auch denkbar, dass beim Auftragen einer Vielzahl von (beispielsweise eins, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, oder mehr) opaken Basisschichten und/oder der transluzenten Deckschichten, jede einzelne Schicht separat und gezielt mit Hilfe der Lichtquelle ausgehärtet werden kann.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstücks, die bevorzugt eingerichtet ist das oben beschriebenen Verfahren auszuführen, wobei das Werkstück bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoff, Kunststoff oder dergleichen besteht, umfasst: mindestens eine Beschichtungseinheit zum Auftragen mindestens einer opaken Basisschicht und/oder mindestens einer transluzenten Deckschicht auf eine Oberfläche des Werkstücks, eine Transporteinheit zum Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen den Beschichtungseinheiten und dem Werkstück, und eine Steuereinheit zum Steuern der Beschichtungseinheiten und/oder der Transporteinheit.
Mit dieser Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise ein dünner Schichtaufbau aus nur mindestens einer opaken Basisschicht und mindestens einer transluzenten, insbesondere transparenten Deckschicht auf einer Werkstückoberfläche realisiert werden, der besonders widerstandsfähig ist und eine (stumpf)matte Optik hervorruft. Die Vorrichtung zeichnet sich außerdem durch ein kompaktes Design aus und ermöglicht eine effiziente vollautomatische Beschichtung der Werkstückoberfläche in nur einem Produktionsdurchlauf. Mit der Steuer- bzw. Transporteinheit (beispielsweise Transportband oder Transportrollen) kann ein individueller und kostengünstiger Beschichtungsvorgang für einzelne Werkstücke (mit der Stückzahl eins) umgesetzt werden. Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet Schmalseiten eines plattenförmigen Werkstücks zu beschichten, wobei die Schmalseite bevorzugt ein Kantenband aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung mindestens eine, zwei, drei, vier, fünf oder eine Vielzahl von Aushärtungseinrichtungen zum Aushärten der opaken Basisschicht und/oder der transluzenten Deckschicht aufweisen. Dies ermöglicht eine individuelle und gezielte Aushärtung zum Einstellen des Glanzgrads in einer einzelnen kompakten Vorrichtung. Die Aushärtungseinrichtung kann beispielsweise eine Lichtquelle und bevorzugt eine UV-Lampe sein.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung höchstens drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, elf, zwölf oder mehr Beschichtungseinheiten zum Auftragen der opaken Basisschicht und/oder höchstens eine Beschichtungseinheit zum Auftragen der transluzenten Deckschicht umfassen. Auf diese Weise kann der notwendige Bauraum in der Vorrichtung und dessen Gesamtplatzbedarf erheblich reduziert werden. Gleichzeitig können bereits bestehende Vorrichtungen mit wenig Aufwand modifiziert werden. Zudem ist der Wartungsaufwand und das Ausfallsrisiko während der Produktion bei einer dieser Anzahl an Beschichtungseinheiten gering. Darüber hinaus ist eine Trennung der schwierig zu verarbeitenden Lacke von den Grundfarben möglich.
Weiter bevorzugt können die Beschichtungseinheiten eines oder mehrere der folgenden Bauteile aufweisen: mindestens einen Beschichtungskopf zum Ausstoßen des Beschichtungsmaterials, mindestens einen Vorratsbehälter zum Bevorraten des Beschichtungsmaterials, welcher bevorzugt einen konischen Ablauf ausweist, eine Leitungsanordnung zum Verbinden des mindestens einen Beschichtungskopfes und des mindestens einen Vorratsbehälters, die bevorzugt eine Zirkulationsleitung aufweist, eine Temperierungseinrichtung zum Temperieren des Beschichtungsmaterials in der Beschichtungseinheit, bevorzugt mit mindestens einem Temperatursensor und mindestens einem Heizelement, und eine Fördereinrichtung zum Fördern des Beschichtungsmaterials in der Leitungsanordnung, die bevorzugt eine Membranpumpe aufweist.
Eine derartige Ausführung der Beschichtungseinheiten ermöglicht eine geeignete Prozessierung des modifizierten Farbpigmentschichtmaterials und/oder des Deckschichtmaterials bzw. Topcoats (Varnish), um einem Absetzen und Entmischen verschiedener Partikel im Farbpigmentschichtmaterial und/oder Deckschichtmaterial entgegenzuwirken. Insbesondere kann der mindestens ein Vorratsbehälter so dimensioniert sein, dass dieser für nur eine anstehende Produktionscharge die benötigte Menge an Beschichtungsstoffen bevorratet. Somit kann eine längere Lagerung, die zu einer Entmischung führt, vermieden und der benötige Bauraum für die Vorratsbehälter optimiert werden. Gleichzeitig kann durch den konischen Ablauf des Vorratsbehälters nicht nur ein optimales Abfließen der Beschichtungsmaterialien gewährleistet werden, sondern auch Bereiche mit geringen Fließgeschwindigkeiten vermieden werden, in denen sich größere Partikel des modifizierten Farbpigmentschichtmaterials und/oder des Deckschichtmaterials ablagern würden. Hierbei ist insbesondere ein Konus-Winkel vorteilhaft, der ein vollständiges Abfließen des Beschichtungsmaterials bzw. Entleeren des Vorratsbehälters ermöglicht. Die Form des Vorratsbehälters bzw. dessen Ablauf ist jedoch nicht auf die oben beschriebene Geometrie beschränkt, sondern kann auch andere Konfigurationen aufweisen, die ein geeignetes Abfließen bzw. Entleeren des Beschichtungsmaterials ermöglichen.
Darüber hinaus befindet sich das Beschichtungsmaterial in der Zirkulationsleitung in einem kontinuierlichen Umlauf, sodass durch die Bewegungskinetik eine Ablagerung von Beschichtungsmaterialpartikeln vermieden wird. Dabei ist ein Zusammenwirken mit der Temperierungseinrichtung besonders vorteilhaft, da durchgehend eine konstante Beschichtungsmaterial-Temperatur von beispielsweise weniger als 60 Grad Celsius, bevorzugt 35 bis 42 Grad Celsius, in der gesamten Beschichtungseinheit gewährleistet werden kann. Dies wirkt einer Entmischung des Beschichtungsmaterials entgegen bzw. stellt eine optimale Verarbeitungstemperatur und ein optimales Temperatur-Viskositäts-Verhalten beim Beschichten sicher.
Die Fördereinrichtung bewirkt eine kontinuierliche Strömung des Beschichtungsmaterials in der Zirkulationsleitung der Beschichtungseinheit, wobei insbesondere Strömungsgeschwindigkeiten vorteilhaft sind, die ein Entmischen und Absetzen der Beschichtungsmaterialpartikel verhindern. Besonders vorteilhaft ist dabei der Einsatz von pulsationsarmen Membranpumpen, in der die Beschichtungsmaterialpartikel nur einer geringen Scherwirkung ausgesetzt sind. Auf diese Weise können Aushärtungsreaktionen in den (modifizierten) Beschichtungsmaterialien verhindert werden.
Weiter bevorzugt kann eine Innenoberfläche des Vorratsbehälters und/oder der Leitungsanordnung eine anhaftungsvermindernde Beschichtung aufweisen. Dies ermöglicht es die Reibung zwischen Behälterinnenoberfläche und den Beschichtungsmaterialpartikeln auf ein Minimum zu reduzieren, sodass eine gleichmäßige Strömung innerhalb des Vorratsbehälters und/oder der Zirkulationsleitung gewährleistet wird. Damit wird einer Ablagerung und Entmischung der Beschichtungsmaterialpartikel vermieden.
Noch weiter bevorzugt kann die Beschichtungseinheit ferner eine Bewegungseinheit, insbesondere ein Rührwerk, umfassen, welche dazu eingerichtet ist, das Beschichtungsmaterial in dem Vorratsbehälter zu durchmischen. Beispielsweise ist der Motor des Rührwerks in einem Bereich oberhalb des Vorratsbehälter angeordnet. Dies fördert die Durchmischung des Beschichtungsmaterial innerhalb des Vorratsbehälters, sodass einem Absetzen bzw. einer Entmischung der Beschichtungsmaterialpartikel entgegengewirkt wird. Insbesondere sind Drehzahlen von 5 bis 30 U/min vorteilhaft.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Leitungsanordnung einen Innendurchmesser von mindestens 4 mm aufweisen. Ein bevorzugter Bereich liegt zwischen 6 und 10 mm, weiter bevorzugt zwischen 6 und 8 mm, noch weiter bevorzugt zwischen 6 und 7 mm. Auf dieses Weise wird dafür gesorgt, dass der Beschichtungsmaterialstrom in der Leitungsanordnung ungehindert fließen kann. Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die gesamte Leitungsanordnung einen im Wesentlichen konstanten Innendurchmesser aufweist. Damit können sprunghaften Durchmesseränderungen oder Toträume, in denen sich Material oder Füllstoffe absetzen, vermieden werden. (Verbindungs- )Stutzen, Fittings, Knotenpunkte, Schläuche und weitere Durchführungen können beispielsweise mit G 1/4 Gewinden (DIN ISO 228-1) ausgestattet sein.
Ein Bearbeitungssystem umfasst die oben beschriebene Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstücks und mindestens eine Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten des Werkstücks, wobei die Bearbeitungsvorrichtung beispielsweise eine Kantenanleimmaschine ist. Nachdem die oben beschriebene Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstücks als eine kompakte Vorrichtung konzipiert ist, kann diese leicht mit einer anderen Bearbeitungsvorrichtung gekoppelt werden oder in diese integriert werden. Dies ermöglicht ein kompaktes Gesamtdesign, in dem verschiedene Bearbeitungsschritte in einem Durchlauf ausgeführt werden können, ohne die Werkstücke zwischenlagern zu müssen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Von diesen Zeichnungen zeigt:

Fig. 1a: ein Ablaufschema eines Verfahrens aus dem Stand der Technik;
Fig. 1b: ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 2: eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 3: eine perspektivische Ansicht einer Beschichtungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstücks gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 4: eine perspektivische Ansicht einer Beschichtungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstücks gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
Fig. 5a: eine perspektivische Ansicht eines Vorratsbehälters der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 5b: eine seitliche Schnittansicht eines Vorratsbehälters der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen

Gleiche Bezugszeichen, die in verschiedenen Figuren aufgeführt sind, benennen identische, einander entsprechende, oder funktionell ähnliche Elemente. Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass einzelne, jeweils in verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Merkmale auch in einer einzigen Ausführungsform umgesetzt werden können, sofern sie nicht strukturell inkompatibel sind. Gleichermaßen können verschiedene Merkmale, die im Rahmen einer einzelnen Ausführungsform beschrieben sind, auch in mehreren Ausführungsformen einzeln oder in jeder geeigneten Unterkombination vorgesehen sein.
Fig. 1a zeigt ein Ablaufschema eines Beschichtungsverfahrens aus dem Stand der Technik. Hierbei werden zunächst auf Basis des CYMK-Farbmodells (subtraktives Farbmodell) beispielsweise nacheinander die Farbpigmentschichten Cyan, Magenta, Yellow und der Schwarzanteil (Black) auf eine Werkstückoberfläche aufgetragen. Die Farbpigmentschichten weisen hierbei einen Glanzgrad im hochglänzenden Bereich von etwa 95 bis 100 GU auf. Um den Glanzgrad der farblich gestalteten Werkstückoberfläche zu senken bzw. um eine Schutzschicht zu bilden, wird anschließend eine erste Schicht Oberflächenlack bzw. Topcoat (Varnish) aufgetragen. Um den Glanzgrad noch weiter zu senken, wird anschließend eine zweite Schicht Oberflächenlack bzw. Topcoat (Varnish) auf die bereits bestehende erste Schicht Oberflächenlack aufgetragen, und zwar getrennt vom ersten Auftragungsschritt. Aus prozesstechnischen Gründen (u.a. bedingt durch Auftragungsmenge und Schichtdicke) müssen hierzu in herkömmlichen Beschichtungsvorrichtungen immer zwei voneinander getrennte Beschichtungseinheiten integriert sein. Mit anderen Worten ausgedrückt, die erste und zweite Schicht Oberflächenlack bzw. Topcoat (Varnish) wird durch jeweils eine eigenständige Beschichtungseinheit aufgetragen.
Im Gegensatz dazu zeigt Figur 1b ein beispielhaftes Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform, in dem auf Basis des CYMK-Farbmodells (subtraktives Farbmodell) beispielsweise nacheinander die modifizierten Farbpigmentschichten Cyan, Magenta, Yellow und der Schwarzanteil (Black) auf eine Werkstückoberfläche aufgetragen werden, sodass letztendlich vier opake (modifizierte) Basisschichten auf der Oberfläche des Werkstücks vorliegen. Das modifizierte Farbpigmentschichtmaterial bzw. Basisschichtmaterial ist hierbei durch Zumischung von handelsüblichen Topcoat bzw. dessen Glanzgrad-vermindernder Partikel in das Farbpigmentschichtmaterial herstellbar und erfolgt in Abhängigkeit des einzustellenden Glanzgrads der aufzutragenden Farbpigmentschicht. Es versteht sich, dass abhängig von der gewünschten farblichen Gestaltung auch andere Farbschichtkombinationen nacheinander aufgetragen werden können, sodass mindestens eine (modifizierte) opake Basisschicht oder zwei, drei, vier, oder eine Vielzahl (modifizierter) opaker Basisschichten ((modifizierte) Farbpigmentschichten) vorliegen. Die (modifizierte(n)) opake(n) Basisschicht(en) weisen (vor dem Auftragen einer Deckschicht) einen Glanzgrad von höchstens 110 GU, bevorzugt höchstens 100 GU, bevorzugt höchstens 90 GU, bevorzugt höchstens 80 GU, weiter bevorzugt höchstens 70 GU, noch weiter bevorzugt höchstens 60 GU, auf. Um den Glanzgrad weiter zu senken, d.h. einen Glanzgrad der Werkstückoberfläche beispielsweise im stumpfmatten Bereich (3 bis 5 GU) einzustellen, muss anschließend nur noch eine einzige Schicht Oberflächenlack bzw. Topcoat (Varnish) aufgetragen werden.
Durch individuelles Aushärten der einzelnen aufgetragenen (modifizierten) opake Basisschicht(en) bzw. des aufgetragenen Oberflächenlacks bzw. Topcoats (Varnish) kann der Glanzgrad hierbei flexibel reguliert werden.
Eine entsprechende Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Beschichten eines Werkstücks 1 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist in Figur 2 gezeigt und umfasst vier nacheinander angeordnete Beschichtungseinheiten 3, 4, 5, 6 zum Auftragen einer (modifizierter) opaken Basisschicht auf eine Oberfläche 2 des Werkstücks 1, um mit entsprechend vier ((modifizierten) Farbpigmentschichtmaterialien die Werkstückoberfläche 2 farblich zu gestalten. In der Beschichtungsvorrichtung 10 ist nur eine einzige Beschichtungseinheit 7 zum Auftragen einer transluzenten, insbesondere transparenten Deckschicht, auf eine Oberfläche der mindestens einen Basisschicht vorgesehen. Mit anderen Worten ausgedrückt, nur eine Beschichtungseinheit 7 trägt den Oberflächenlack bzw. Topcoat (Varnish) auf, um den Glanzgrad der Werkstückoberfläche im stumpfmatten Bereich (3 bis 5 GU) einzustellen. Weiterhin umfasst die Beschichtungsvorrichtung 10 eine Transporteinheit 18 in Form von Transportrollen zum Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen den Beschichtungseinheiten und dem Werkstück, und eine Steuereinheit zum Steuern der Beschichtungseinheiten und/oder der Transporteinheit 18. Darüber hinaus umfasst die Beschichtungsvorrichtung 10 mindestens eine oder höchstens eine (nicht in Figur 2 im Detail gezeigte) Trocknungseinrichtung bzw. Aushärtungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die (modifizierten) aufgetragenen Basisschicht(en) (optional separat voneinander) und/oder die aufgetragene transluzente Deckschicht (optional separat voneinander) zu trockenen bzw. auszuhärten. Die beispielweise eine, zwei, drei, vier, oder fünf Aushärtungseinrichtung(en) ist (sind) dabei insbesondere in einer Bewegungsrichtung des Werkstücks 8 zwischen den einzelnen nacheinander angeordneten Beschichtungseinheiten 3, 4, 5, 6, 7 bzw. nach der Beschichtungseinheit 7 zum Auftragen der transluzenten Deckschicht angeordnet. Beispielsweise kann jeweils eine Aushärtungseinrichtung vor und nach der Beschichtungseinheit 7 zum Auftragen der transluzenten Deckschicht angeordnet sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ist auf Grund der insgesamt höchstens 5 Beschichtungseinheiten in Kombination mit den übrigen oben beschriebenen Komponenten besonders kompakt gebaut und kann in effizienter Weise eine Werkstückoberfläche farblich gestalten und anschließend eine widerstandsfähige Schutzschicht applizieren.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Beschichtungseinheit 3, 4, 5, 6, 7 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Beschichten eines Werkstücks 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Dies umfasst vorliegend einen ersten und einen zweiten Vorratsbehälter 8, 8' zum Lagern und/oder Puffern des (modifizierten) Farbpigmentschichtmaterials 9, welche derart dimensioniert sind, dass für anstehende Produktionschargen nur die tatsächlich benötigte Menge an Beschichtungsstoffen bevorratet wird. Beispielsweise kann der Vorratsbehälter 8, 8' ein Fassungsvolumen von 250 ml aufweisen. In diesem Zusammenhang kann eine Gebindegröße einer Nachfüllpackung dann so gewählt werden, dass diese ohne Rest aufgebraucht wird.
Die Beschichtungseinheit 3, 4, 5, 6, 7 umfasst darüber hinaus eine Temperierungseinrichtung zum Temperieren des Beschichtungsmaterials in dem Vorratsbehälter 8, 8' bevorzugt mit mindestens einem Temperatursensor und mindestens einem Heizelement. Je nach Temperatur-Viskositäts-Verhalten des Beschichtungsmaterials ist eine Anpassung der Systembetriebstemperatur über eine integrierte Heizung bis beispielsweise maximal 60 Grad Celsius möglich. Beispielsweise kann hierzu ein elektrischer Heizstab oder eine Heizwendel im Vorratsbehälter 8, 8' angeordnet sein. Außerdem befindet sich in der Beschichtungseinheit 3, 4, 5, 6, 7 ferner eine Bewegungseinheit 13 in der Form eines Rührwerks, um das Beschichtungsmaterial in dem Vorratsbehälter 8, 8' zu durchmischen. Der Motor des Rührwerks 13 ist beispielsweise außerhalb, bevorzugt oberhalb des Vorratsbehälters 8, 8' angeordnet, wobei ein damit verbundener Rührer in das Innere des Vorratsbehälters 8, 8' eingeführt ist.
Darüber hinaus umfasst die Beschichtungseinheit 3, 4, 5, 6, 7 eine Leitungsanordnung 12 zum Verbinden eines Beschichtungskopfes 14, welcher Beschichtungsmaterial auf die Werkstückoberfläche 2 ausstößt, und der Vorratsbehälter 8, 8', wobei die Leitungsanordnung 12 bevorzugt als eine Zirkulationsleitung ausgeführt ist. Auf diese Weise kann das Beschichtungsmaterial so lange in Bewegung gehalten werden, bis es über den Beschichtungskopf 14 auf die Werkstückoberfläche 2 aufgetragen wird. Dies dient dazu eine Ablagerung von Beschichtungsmaterialpartikeln in der Leitungsanordnung 12 und dem Vorratsbehälter 8, 8' zu vermeiden. In der Leitungsanordnung ist zudem ein nicht gezeigtes Sperrventil vorgesehen, um ein Vakuum in dem Zirkulationssystem aufrecht zu erhalten, welches über eine Vakuumpumpe generiert wird.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Beschichtungseinheit 3, 4, 5, 6, 7 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Beschichten eines Werkstücks 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Hierbei ist eine Fördereinrichtung 16 zum Fördern des Beschichtungsmaterials in der Leitungsanordnung 12, vorgesehen, die bevorzugt als eine pulsationsarme Membranpumpe ausgeführt ist, um das Beschichtungsmaterial mit minimaler Scherwirkung in der Leitungsanordnung der Beschichtungseinheit 3, 4, 5, 6, 7 zu fördern/pumpen. Zusätzlich ist eine Filtereinrichtung 15 zum Filtern des Beschichtungsmaterials vorgesehen, welche beispielsweise einen Feinfilter umfasst, der unerwünscht eingetragene Partikel im Beschichtungsmaterial herausfiltern kann. Der Feinfilter muss dabei eingerichtet sein, Partikelgrößen größer 10 µm, bevorzugt größer 20 µm herauszufiltern, jedoch nicht die Glanzgrad-vermindernden Partikel in den (modifizierten) Beschichtungsmaterialien.
Fig. 5a zeigt eine perspektivische Ansicht eines Vorratsbehälters 8, 8' der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Beschichten eines Werkstücks 1 gemäß einer Ausführungsform. Der Vorratsbehälter 8, 8' ist hierbei vorzugsweise länglich und quaderförmig ausgebildet und dazu eingerichtet, aus der Beschichtungsvorrichtung 10 herausnehmbar zu sein.
Fig. 5b zeigt eine seitliche Schnittansicht eines Vorratsbehälters 8, 8' der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Beschichten eines Werkstücks 1 gemäß einer Ausführungsform. Hierbei erstreckt sich in einer Seitenansicht bzw. seitlichen Schnittansicht des Vorratsbehälter 8, 8' ein Boden des Vorratsbehälters 8, 8' konusförmig, wobei an der Konus-Spitze 20 ein Auslauf 17 angeordnet ist, über welchen das Beschichtungsmaterial aus dem Vorratsbehälter 8, 8' in die Leitungsanordnung 12 abführbar ist. Der Konus kann hierbei einen Konus-Winkel ausweisen und der konusförmige Boden ist durch die Seitenwände des Vorratsbehälters 8, 8' begrenzt. Zusätzlich kann eine Innenoberfläche des Vorratsbehälters 8, 8', insbesondere der konusförmige Boden und/oder die Seitenwände des Vorratsbehälters 8, 8' eine anhaftungsvermindernde Beschichtung aufweisen.

Claims

Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks (1), das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoff, Kunststoff oder dergleichen besteht, mit den Schritten:
Auftragen mindestens einer opaken Basisschicht und/oder mindestens einer transluzenten Deckschicht auf eine Oberfläche (2) des Werkstücks (1),

dadurch gekennzeichnet, dass

nach dem Auftragen der mindestens einen Schicht die beschichtete Oberfläche (2) des Werkstücks (1) einen Glanzgrad im matten, insbesondere stumpfmatten Bereich aufweist, wobei vorzugsweise das Auftragen der mindestens einen Schicht, mittels einer Digitaldruckmaschine durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auftragen mindestens einer transluzenten Deckschicht, mindestens eine opake Basisschicht auf die Oberfläche (2) des Werkstücks (1) aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die opake Basisschicht einen Glanzgrad von höchstens 110 GU, bevorzugt höchstens 100 GU, weiter bevorzugt höchstens 90 GU, noch weiter bevorzugt höchstens 80 GU, noch weiter bevorzugt höchstens 70 GU, noch weiter bevorzugt höchstens 60 GU, aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Auftragen der transluzenten Deckschicht auf die aufgetragene opake Basisschicht die beschichtete Oberfläche (2) des Werkstücks (1) einen Glanzgrad von 3 bis 5 GU aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur höchstens eine transluzente Deckschicht auf die Oberfläche (2) des Werkstücks (1) oder auf die opake Basisschicht aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die opake Basisschicht eine Farbpigmentschicht ist, deren Farbpigmente bevorzugt einer der Farben des CYMK-Farbmodells entsprechen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ferner ein, bevorzugt separat voneinander erfolgtes, Aushärten der opaken Basisschicht und/oder der transluzenten Deckschicht umfasst, bevorzugt mit einer Lichtquelle.
Vorrichtung (10) zum Beschichten eines Werkstücks (1), die bevorzugt dazu eingerichtet ist das Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen, wobei das Werkstück (1) bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoff, Kunststoff oder dergleichen besteht, umfassend:
mindestens eine Beschichtungseinheit (3, 4, 5, 6, 7) zum Auftragen mindestens einer opaken Basisschicht und/oder mindestens einer transluzenten Deckschicht auf eine Oberfläche (2) des Werkstücks (1),

eine Transporteinheit (18) zum Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen den Beschichtungseinheiten (3, 4, 5, 6, 7) und dem Werkstück (2), und

eine Steuereinheit zum Steuern der Beschichtungseinheiten (3, 4, 5, 6, 7) und/oder der Transporteinheit (18).
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese höchstens drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, elf, zwölf oder mehr Beschichtungseinheiten zum Auftragen der opaken Basisschicht und/oder höchstens eine Beschichtungseinheit zum Auftragen der transluzenten Deckschicht umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine, zwei, drei, vier, fünf oder eine Vielzahl von Aushärteeinrichtungen zum Aushärten der opaken Basisschicht und/oder der transluzenten Deckschicht aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungseinheiten (3, 4, 5, 6, 7) eines oder mehrere der folgenden Bauteile aufweisen:
- mindestens einen Beschichtungskopf (14) zum Ausstoßen des Beschichtungsmaterials (11),

- mindestens einen Vorratsbehälter (8, 8') zum Bevorraten des Beschichtungsmaterials (11), welcher bevorzugt einen konischen Ablauf (19) ausweist,

- eine Leitungsanordnung (12) zum Verbinden des mindestens einen Beschichtungskopfes (14) und des mindestens einen Vorratsbehälters (8, 8'), die bevorzugt eine Zirkulationsleitung (12) aufweist,

- eine Temperierungseinrichtung zum Temperieren des Beschichtungsmaterials in der Beschichtungseinheit (3, 4, 5, 6, 7), bevorzugt mit mindestens einem Temperatursensor und mindestens einem Heizelement, und

- eine Fördereinrichtung (16) zum Fördern des Beschichtungsmaterials in der Leitungsanordnung (14), die bevorzugt eine Membranpumpe (16) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenoberfläche des Vorratsbehälters (8, 8') und/oder der Leitungsanordnung (14) eine anhaftungsvermindernde Beschichtung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungseinheit (3, 4, 5, 6, 7) ferner eine Bewegungseinheit (13), insbesondere ein Rührwerk, umfasst, welche dazu eingerichtet ist, das Beschichtungsmaterial (11) in dem Vorratsbehälter (8, 8') zu durchmischen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsanordnung (12) einen Innendurchmesser von mindestens 4 mm aufweist.
Bearbeitungssystem, umfassend die Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstücks (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14 und mindestens eine Bearbeitungsvorrichtung (10) zum Bearbeiten des Werkstücks (1), wobei die Bearbeitungsvorrichtung beispielsweise eine Kantenanleimmaschine ist.