WO2009077050A1 - Verfahren und vorrichtung zum pulverbeschichten von holzsubstraten - Google Patents

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Peter Hauer
Werner Deuring
Martin Schmidhuber
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Wd Beteiligungs Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for powder coating of wood substrates according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for carrying out the method according to the preamble of claim 7.
  • EP 693 973 B1 describes a method for one-sided powder coating of three-dimensional objects, in which the amount of powder is dispensed controlled in dependence on a surface contour of the objects. This is intended to achieve a uniform coating thickness, especially in the area of unevenness. The process is complex and not suitable for uniform coating in the edge area of wood substrates.
  • wood substrate there are defined parts containing wood, e.g. Solid wood, plywood or wood fibers.
  • the wood substrate is present in particular in the form of plates.
  • An object of the invention is to provide a process for powder coating of wood substrates, in which the finished lacquer layer has the required quality at critical points, such as edge regions. Another object is to provide an apparatus for carrying out the method.
  • the first object is solved by claim 1.
  • ions of a second charge opposite to the first one are generated. It is thereby achieved that less powder is deposited during spraying in an edge region of the wood substrate facing the spraying device. This is achieved by the opposite charge, which exerts a neutralizing effect on the powder particles in the edge region.
  • the charges are adjusted so that they neutralize in a plane within the wood substrate and parallel to its major surfaces. The neutral plane is thus located between the spray device and the device for generating the air jet with ions of the second charge and passes through the wood substrate parallel to the main surfaces.
  • a negative first charge is favorable for coating.
  • FIG. 1 is a side view of a spraying device of a device for powder coating wood substrates with a spray head and
  • FIG. 2 is a side view of a spraying device of a device for powder coating wood substrates with a plurality of spray heads arranged one above the other.
  • a device for powder coating comprises a transport device 1, to which wood substrates 2 with a general transport direction can be suspended at a loading station.
  • the transport device 1 is e.g. as an endless loop.
  • a spraying device for applying a powder layer which is shown in the figure, and means for fusing and crosslinking the powder layer follow one another.
  • the spraying device is preceded by a pretreatment station.
  • the transport device 1 is e.g. an overhead conveyor with a rail in which a circulating chain is guided. Hooks 4 can be hooked into the chain (depending on the size of the wooden substrates).
  • the hooks 4 are made of electrically conductive material.
  • the spray device is known per se and here comprises two spray heads 3, which are arranged on both sides of the transport device 1 distributed in the transport direction arranged one behind the other.
  • Each spray head 3 comprises inlets for powder and conveying air and an outlet. This is arranged so that the powder is ejected substantially in the form of a cone with a horizontal axis.
  • an electrode is arranged, which is connected to a voltage source. During operation, the electrode with the voltage source generates ions of a first charge, in this case negatively charged ions.
  • the spray heads 3 are each attached to a frame in which they are moved up and down. Their horizontal distance to a plane perpendicular below the transport device 1 is set according to the requirements for an optimal coating result.
  • Each spray head 3 is assigned to the outlet opposite to a device for generating 5 ions of a second charge.
  • This device 5 is essentially identical to the spray head 3 with the exceptions that no inlet for powder is arranged and that the electrode with the voltage source generates ions with the second charge, in this case positively charged ions.
  • the generating devices 5 are each attached to a frame in which they are movable up and down.
  • the spray device 3 and the associated generation device 5 are aligned with each other so that the outlets face each other in the ejection axis.
  • the mutual distance of the outlets is dimensioned such that to neutralize the positively charged ions and the negatively charged ions within the thickness of the wood substrates 2 and there is a neutral plane 6 during operation.
  • the fusing and crosslinking agents include e.g. UV and / or infrared radiators and optionally a hot air device.
  • the provided wood substrates 2 are hooked by machine or by hand in the hook 4 of the transport device 1 and conveyed at a predetermined speed through the powder coating apparatus.
  • the wood substrates 2 hang here with largely vertical main surfaces and are grounded via the hook 4 and the transport device 1.
  • the wood substrates 2 first pass into the spraying device, where all surfaces are sprayed by the spray heads 3 with a suitable paint powder in a uniform thickness. So that the paint powder adheres sufficiently to the wood substrates 2, the powder particles are electrostatically negatively charged via the electrode.
  • the spraying first takes place from one side of the wood substrates 2 and then from the other side.
  • the generating devices 5 generate positively charged ions which are directed in the direction of the wood substrate 2. This causes the negatively charged powder ponds to attach to the wood substrate 2 substantially only insofar as the positively charged ions do not act, ie, up to the neutral plane 6. Therefore, a region of the narrow sides and in particular an edge region of the spray head 3 opposite side of the wood substrates 2 from the first in the transport direction of the spray heads 3 not or only insignificantly coated with powder. These uncoated areas are first coated by the second of the spray heads 3 together with the corresponding main area, wherein in turn the powder particles are kept away from the already coated area of the narrow sides and the edge area of the opposite main area. In this way, the edge portions of the wood substrates 2 are coated very uniformly in the predetermined thickness overall. The supply of air to the generating devices 5 prevents them from depositing powder and thus reduces the required cleaning work.
  • the freshly sprayed with the paint powder wood substrates 2 are then transported into the means for fusing and crosslinking.
  • the powder layer is completely melted and largely crosslinked (sintered).
  • the result is a closed paint Surface of the powder layer with a certain smoothness, which has a high chemical and mechanical stability.
  • the finished coated wood substrates 2 are unmounted by hand or by machine from the transport device 1 and removed or stored.
  • a second embodiment of the invention is shown in FIG. This differs from the first in that instead of a plurality, here six spray heads 3 are arranged approximately vertically above one another. Furthermore, not shown means for reducing the amounts of powder and the charges are arranged.
  • the spray heads 3 are uniformly spaced in a frame 7 which is oscillating up and down movable. Each of the spray heads 3 is assigned on the opposite side of the substrate 2, a device for generating 5, which are also mounted in a separate frame 7 and movable with this up and down.
  • the means for reducing the quantities of powder and the charges comprise corresponding regulators and valves, wherein the charges of both the spray heads 3 and the devices 5 are influenced.

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Abstract

Bei der Pulverbeschichtung von Holzsubstraten besteht das Problem, dass Bereiche der Schmalseiten und Kantenbereiche ungleichmäßig beschichtet werden. Dies führt zu optischen Effekten, die den ästhetischen Eindruck der Holzsubstrate stören und somit die Qualität vermindern. Die Qualitätsverminderung wird dadurch verhindert, dass während des Besprühens an einer dem Sprühkopf gegenüberliegenden Seite des Holzsubstrats ein Luftstrahl mit Ionen einer zweiten Ladung, die der ersten entgegengesetzt ist, erzeugt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Pulverbeschichten von Holzsubstraten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Pulverbeschichten von Holzsubstraten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Die Pulverbeschichtung von Metallteilen ist bereits gut bekannt. In z.B. der Möbelindustrie besteht das Bestreben, Holzsubstrate zu verwenden, die wegen der günstigen Oberflächen- Eigenschaften pulverbeschichtet sind. Hierbei bestand wegen der schlechten elektrischen Leitfähigkeit von Holz das Problem, das Lackpulver gleichmäßig auf die Holzsubstrate aufzutragen. Dieses Problem erscheint weitgehend für die Hauptflächen von Platten gelöst, indem z.B. an einem Sprühkopf Mittel zum Ionisieren angeordnet sind. Allerdings bestehen Schwierigkeiten für die schmalen Flächen der Platten, die während der Beschichtung in etwa rechtwinklig zu einer Sprührichtung der Sprühköpfe ausgerichtet sind, weil sich an diesen Flächen das Lackpulver infolge einer Doppelbesprühung stärker absetzt als an den Hauptflächen. Auch im Kantenbereich der Hauptflächen setzt sich an der dem Sprühkopf gegenüberliegenden Seite Pulver ab. Die so gebildeten dickeren Lackschichten bewirken unerwünschte optische Effekte bei der fertigen Platte und beeinträchtigen daher die Qualität.
Aus der US 3,323,934 ist ein Verfahren zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen bekannt, bei dem Pulver durch Sprühen auf Platten aufgetragen wird. Das Pulver wird mehrschichtig aufgetragen und hierbei abwechselnd unterschiedlichen Ladungen unterworfen. Dies soll bewirken dass größere Schichtdicken aufgetragen werden können. Das Problem einer gleichmäßigen Schichtdicke, insbesondere in Kantenbereichen der Platten, ist nicht erwähnt
Die EP 693 973 B1 beschreibt ein Verfahren zum einseitigen Pulverbeschichten von dreidimensionalen Gegenständen, bei dem die Pulvermenge in Abhängigkeit von einer Oberflächenkontur der Gegenstände geregelt abgegeben wird. Hierdurch soll eine gleichmäßige Beschichtungsdicke besonders im Bereich von Unebenheiten erzielt werden. Das Verfahren ist aufwändig und für die gleichmäßige Beschichtung im Kantenbereich von Holzsubstraten nicht geeignet.
Aus der DE 30 01 931 C2 ist ein Verfahren zum Pulverbeschichten von Stahlplatten bekannt, bei dem nacheinander zwei Pulverschichten unterschiedlicher Tönung und/oder Farbe aufgetragen werden. Die zweite Pulverschicht wird mit einer anderen Ladung und nur auf Teilbereiche der ersten Schicht aufgetragen. Hierdurch sollen Schattierungseffekte oder bestimmte Muster in der fertigen Schicht erzielt werden. Auch dieses Verfah- ren ist für die gleichmäßige Beschichtung im Kantenbereich von Holzsubstraten nicht geeignet.
Als Holzsubstrat sind Teile definiert, die Holz enthalten, also z.B. Massivholz, Sperrholz oder Holzfasern. Das Holzsubstrat liegt insbesondere in Form von Platten vor. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Pulverlackierung von Holzsubstraten zu schaffen, bei dem die fertige Lackschicht an kritischen Stellen wie Kantenbereichen die erforderliche Qualität aufweist. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen.
Die erste Aufgabe ist durch Anspruch 1 gelöst. Während des Besprühens an einer der Sprühvorrichtung gegenüberliegenden Seite des Holzsubstrats werden Ionen einer zweiten Ladung erzeugt, die der ersten entgegengesetzt ist. Hierdurch wird erreicht, dass während des Besprühens in einem Kantenbereich des Holzsubstrats, der der Sprühvorrichtung gegenüberliegt, weniger Pulver abgelagert wird. Dies wird durch die entgegengesetzte Ladung erreicht, die in dem Kantenbereich auf die Pulverteilchen eine neutrali- sierende Wirkung ausübt. Hierbei werden die Ladungen so eingestellt, dass sich diese in einer Ebene innerhalb des Holzsubstrats und parallel zu dessen Hauptflächen neutralisiert. Die neutrale Ebene befindet sich also zwischen der Sprühvorrichtung und der Vorrichtung zur Erzeugung des Luftstrahls mit Ionen der zweiten Ladung und verläuft durch das Holzsubstrat parallel zu den Hauptflächen. Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. Eine negative erste Ladung ist für das Beschichten günstig.
Das synchrone Bewegen der Sprühvorrichtung und der Vorrichtung zur Erzeugung des Luftstrahls mit Ionen der zweiten Ladung bewirkt eine gleichmäßige Beschichtung auch der senkrechten Nebenflächen des Holzsubstrats. Das Reduzieren die jedem Sprühkopf zugeordnete Pulvermenge und Ladung von oben nach unten bei mehreren übereinander angeordneten Sprühköpfen nutzt die Tatsache, dass sich beim Sprühen nicht das gesamte Pulver in der Höhe des jeweiligen Sprühkopfs an das Holzsubstrat anlagert, sondern auch in darunter befindlichen Bereichen. Auf diese Weise wird eine sehr gleichmäßige Beschichtung erzielt. Entsprechendes gilt für die Vorrichtungsansprüche 5 bis 9.
Die Erfindung wird anhand der vereinfacht dargestellten Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Seitenansicht einer Sprühvorrichtung einer Vorrichtung zum Pulverbeschichten von Holzsubstraten mit einem Sprühkopf und
Figur 2 eine Seitenansicht einer Sprühvorrichtung einer Vorrichtung zum Pulverbeschichten von Holzsubstraten mit mehreren übereinander angeordneten Sprühköpfen. Eine Vorrichtung zum Pulverbeschichten umfasst gemäß Figur 1 eine Transportvorrichtung 1 , an der Holzsubstrate 2 mit genereller Transportrichtung an einer Aufgabestation einhängbar sind. Die Transportvorrichtung 1 ist z.B. als endlose Schleife geführt. In der Transportrichtung folgen aufeinander eine Sprühvorrichtung zum Auftragen einer Pulverschicht, die in der Figur gezeigt ist, und Mittel zum Verschmelzen und Vernetzen der PuI- verschicht. Gegebenenfalls ist der Sprühvorrichtung eine Vorbehandlungsstation vorgeschaltet.
Die Transportvorrichtung 1 ist z.B. ein Hängeförderer mit einer Schiene, in der eine umlaufende Kette geführt ist. An der Kette sind in (entsprechend der Größe der Holzsubstrate) wählbaren Abständen Haken 4 einhängbar. Die Haken 4 sind aus elektrisch lei- tendem Material gefertigt.
Die Sprühvorrichtung ist an sich bekannt und umfasst hier zwei Sprühköpfe 3, die auf beide Seiten der Transportvorrichtung 1 verteilt in Transportrichtung gesehen hintereinander angeordnet sind. Jeder Sprühkopf 3 umfasst Einlasse für Pulver und Förderluft sowie einen Auslass. Dieser ist so angeordnet, dass das Pulver im Wesentlichen in Form eines Kegels mit waagerechter Achse ausgestoßen wird. Im Bereich des Auslasses ist eine Elektrode angeordnet, die mit einer Spannungsquelle verbunden ist. Die Elektrode mit der Spannungsquelle erzeugt im Betrieb Ionen einer ersten Ladung, hier negativ geladene Ionen. Die Sprühköpfe 3 sind jeweils an einem Gestell befestigt, in dem sie auf und ab verfahrbar sind. Ihr waagerechter Abstand zu einer Ebene senkrecht unter der Transportvorrichtung 1 ist entsprechend den Anforderungen für ein optimales Beschich- tungsergebnis eingestellt.
Jedem Sprühkopf 3 ist dem Auslass gegenüber eine Vorrichtung zur Erzeugung 5 von Ionen einer zweiten Ladung zugeordnet. Diese Vorrichtung 5 ist im Wesentlichen identisch mit dem Sprühkopf 3 mit den Ausnahmen, dass kein Einlass für Pulver angeordnet ist und dass die Elektrode mit der Spannungsquelle Ionen mit der zweiten Ladung erzeugt, hier also positiv geladene Ionen. Die Vorrichtungen zur Erzeugung 5 sind jeweils an einem Gestell befestigt, in dem sie auf und ab verfahrbar sind.
Die Sprühvorrichtung 3 und die zugeordnete Vorrichtung zur Erzeugung 5 sind so zueinander ausgerichtet, dass sich die Auslässe in der Ausstoß- Achse gegenüber liegen. Hierbei ist der gegenseitige Abstand der Auslässe derart bemessen, dass sich im Betrieb die positiv geladenen Ionen und die negativ geladenen Ionen innerhalb der Dicke der Holzsubstrate 2 neutralisieren und hier eine neutrale Ebene 6 besteht.
Die Mittel zum Verschmelzen und Vernetzen umfassen z.B. UV- und/oder Infrarotstrahler und gegebenenfalls eine Heißluft- Vorrichtung.
Im Betrieb werden die bereitgestellten Holzsubstrate 2 maschinell oder von Hand in die Haken 4 der Transportvorrichtung 1 eingehängt und mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit durch die Vorrichtung zum Pulverbeschichten gefördert. Die Holzsubstrate 2 hängen hierbei mit weitestgehend senkrechten Hauptflächen und sind über die Haken 4 und die Transportvorrichtung 1 geerdet.
Die Holzsubstrate 2 gelangen zuerst in die Sprühvorrichtung, wo alle Oberflächen von den Sprühköpfen 3 mit einem geeigneten Lackpulver in gleichmäßiger Dicke besprüht werden. Damit das Lackpulver ausreichend an den Holzsubstraten 2 haftet, werden die Pulverteilchen über die Elektrode elektrostatisch negativ aufgeladen. Das Besprühen er- folgt zunächst von einer Seite der Holzsubstrate 2 und anschließend von der anderen Seite.
Gleichzeitig erzeugen die Vorrichtungen zur Erzeugung 5 positiv geladene Ionen, die in Richtung des Holzsubstrats 2 gerichtet sind. Dies bewirkt, dass die negativ geladenen Pulverteichen sich im Wesentlichen nur soweit an das Holzsubstrat 2 anlagern können, wie die positiv geladenen Ionen nicht wirken, also bis zu der neutralen Ebene 6. Daher wird ein Bereich der Schmalseiten und insbesondere ein Kantenbereich der dem Sprühkopf 3 gegenüberliegenden Seite der Holzsubstrate 2 von dem in Transportrichtung ers- ten der Sprühköpfe 3 nicht oder nur unwesentlich mit Pulver beschichtet. Diese unbeschichteten Bereiche werden erst von dem zweiten der Sprühköpfe 3 zusammen mit der entsprechenden Hauptfläche beschichtet, wobei wiederum die Pulverteilchen von dem bereits beschichteten Bereich der Schmalseiten und dem Kantenbereich der gegenüberliegenden Hauptfläche ferngehalten werden. Auf diese Weise werden die Kantenbereiche der Holzsubstrate 2 insgesamt sehr gleichmäßig in der vorbestimmten Dicke beschichtet. Die Luftzufuhr zu den Vorrichtungen zur Erzeugung 5 verhindert an diesen die Ablage- rung von Pulver und vermindert so die erforderlichen Reinigungsarbeiten.
Die frisch mit dem Lackpulver besprühten Holzsubstrate 2 werden dann in die Mittel zum Verschmelzen und Vernetzen transportiert. Hier wird die Pulverschicht komplett geschmolzen und weitestgehend vernetzt (gesintert). Es entsteht eine geschlossene Lack- Oberfläche der Pulverschicht mit einer bestimmten Glätte, die eine hohe chemische und mechanische Stabilität aufweist.
Die fertig beschichteten Holzsubstrate 2 werden von Hand oder maschinell aus der Transportvorrichtung 1 ausgehängt und abtransportiert oder zwischengelagert. Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur 2 dargestellt. Dieses unterscheidet sich von dem ersten dadurch, dass statt einem mehrere, hier sechs Sprühköpfe 3 in etwa senkrecht übereinander angeordnet sind. Weiterhin sind nicht dargestellte Mittel zum Reduzieren der Pulvermengen und der Ladungen angeordnet.
Die Sprühköpfe 3 sind gleichmäßig beabstandet in einem Gestell 7 befestigt, das oszillie- rend auf und ab bewegbar ist. Jedem der Sprühköpfe 3 ist auf der gegenüber liegenden Seite des Substrats 2 eine Vorrichtung zum Erzeugen 5 zugeordnet, die ebenfalls in einem separaten Gestell 7 befestigt und mit diesem auf und ab bewegbar sind.
Die Mittel zum Reduzieren der Pulvermengen und der Ladungen umfassen entsprechende Regler und Ventile, wobei die Ladungen sowohl der Sprühköpfe 3 als auch der Vorrichtungen zum Erzeugen 5 beeinflusst werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Pulverbeschichten von Holzsubstraten, wobei die Holzsubstrate (2) bereit gestellt und dann kontinuierlich transportiert werden, wobei die Holzsubstrate (2) nacheinander von zwei Seiten mit dem Lackpulver besprüht werden, wobei an mindestens einem Sprühkopf (3) die Pulverteilchen mit einer ersten Ladung beaufschlagt werden, und wobei das frisch auf die Holzsubstrate (2) aufgetragene Lackpulver zu einer Lackschicht verschmolzen und vernetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Besprühens an einer dem Sprühkopf (3) gegenüberliegenden Seite des Holzsubstrats (2) Ionen einer zweiten Ladung, die der ersten Ladung entgegengesetzt ist, erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ladung negativ ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühvorrichtung und eine Vorrichtung zur Erzeugung (5) der Ionen der zweiten Ladung synchron bewegt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren übereinander angeordneten Sprühköpfen (3) die jedem Sprühkopf (3) zu- geordnete Pulvermenge und Ladung unabhängig voneinander geregelt werden.
5. Vorrichtung zum Pulverbeschichten von Holzsubstraten, mit einer Transportvorrichtung (1) für die Holzsubstrate (2), mit einer Sprühvorrichtung zum Aufsprühen des Lackpulvers auf die Holzsubstrate (2), wobei die Sprühvorrichtung mindestens einen Sprühkopf (3) aufweist, an dem die Pulverteilchen mit einer ersten Ladung beaufschlagbar sind, und mit Mitteln zum Verschmelzen und Vernetzen der vorbehandelten Pulverschicht, dadurch gekennzeichnet, dass jedem des mindestens einen Sprühkopfs (3) eine Vorrichtung zur Erzeugung (5) von Ionen einer zweiten Ladung, die der ersten Ladung entgegengesetzt ist, zugeordnet ist, wobei die Vorrichtung zur Erzeugung (5) auf einer dem Sprühkopf (3) gegenüberliegenden Seite des Holzsubstrats (2) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum synchronen Bewegen des Sprühkopfes (3) und der Vorrichtung zur Erzeugung (5) der Ionen der zweiten Ladung angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühkopf (3) und die Vorrichtung zur Erzeugung (5) der Ionen der zweiten Ladung derart angeordnet sind, dass sich im Betrieb die Ladungen im Bereich der Dicke des Holzsubstrats (2) aufheben.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sprühköpfe (3) in etwa senkrecht übereinander angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Vermindern der Pulvermengen zu den Sprühköpfen (3) und der Ladungen von oben nach unten angeordnet sind.
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