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WO2004091805A1 - Vorrichtung und verfahren zur beschichtung von flachteilen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur beschichtung von flachteilen Download PDF

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Publication number
WO2004091805A1
WO2004091805A1 PCT/EP2004/003586 EP2004003586W WO2004091805A1 WO 2004091805 A1 WO2004091805 A1 WO 2004091805A1 EP 2004003586 W EP2004003586 W EP 2004003586W WO 2004091805 A1 WO2004091805 A1 WO 2004091805A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
coating
powder
coating material
atomizing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2004/003586
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Cudazzo
Ulrich Strohbeck
Markus Beckmann
Sascha Hermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of WO2004091805A1 publication Critical patent/WO2004091805A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C19/00—Apparatus specially adapted for applying particulate materials to surfaces
    • B05C19/02—Apparatus specially adapted for applying particulate materials to surfaces using fluidised-bed techniques
    • B05C19/025—Combined with electrostatic means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/047—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns using tribo-charging

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for coating a substrate, in particular a flat substrate, with a liquid or particulate coating material.
  • a substrate in particular a flat substrate
  • a liquid or particulate coating material Such methods are required in particular in the area of powder coating applications on flat materials.
  • Suitable areas of application are, for example, steel and aluminum strip material (coil), metal and plastic foils, paper webs, for example wallpaper, sheet metal plates and extruded materials (profiles, pipes), plastic plates, wood and wood-based material plates, for example MDF (medium-density fibreboard) or HDF (high-density fibreboard), rock wool-based acoustic insulation panels, both flat materials without edge coating and flat or profiled panels in which the edge is also coated.
  • MDF medium-density fibreboard
  • HDF high-density fibreboard
  • rock wool-based acoustic insulation panels both flat materials without edge coating and flat or profiled panels in which the edge is also coated.
  • the powder In the electrostatic powder spray process (EPS process), the powder is fluidized using air and transported via a hose to the spraying device, where it is electrostatically charged and sprayed onto the substrate using nozzles.
  • the deposited powder particles are deposited on the grounded substrate by electrostatic attractive forces. Since only a portion of the sprayed powder reaches the substrate, the non-separated powder (overspray) is removed from the coating booth by suction and returned to the powder container.
  • the spraying units are moved up and down (vertical substrate arrangement) or back and forth (horizontal substrate arrangement) by means of an automatic lifting device in order to be able to coat all areas of the substrates moved past the spraying elements by means of a conveying device by overlapping the coating strips.
  • the EPS process is suitable for substrate conveying speeds of up to approx. 15 m / min.
  • the main disadvantages of the EPS process are
  • the high air volume flows or air flow velocities when spraying the powder onto the substrates and the resulting turbulence, combined with layer thickness fluctuations and particle size separations, which lead to shifts in the particle size spectrum in the powder cycle and thus to coating defects which are required at high substrate conveying speeds Stroke speeds of the spraying units, which lead to additional air flow turbulence in the spray jet area and thus to additional layer thickness fluctuations, as well as the high system and process engineering effort for the recovery and recycling of the powder that is not deposited on the substrates, especially when using different colored powders.
  • the applicable ' layer thickness for the EPS process is in the range of approx. 30-200 / im. Thin-film applications with layer thicknesses ⁇ 30 ⁇ m are generally not possible with this technique, since under-coated areas are unavoidable given the usual fluctuations in layer thickness.
  • the substrates are not sprayed directly, but coated in a cloud of charged powder within a chamber or above a fluidizing tank.
  • the powder particles are not deposited on the substrates here, as in the EPS process, by the combination of spraying with air and electrostatic attraction, but exclusively by electrostatic forces.
  • Disadvantages of this method are, in particular, the limited amount of powder that can be deposited per unit of time and the resultant only low throughput of surface to be coated or the only low process speeds as well as the inaccurate and difficult to control metering of the applied amount of powder and the associated fluctuations in the layer thickness.
  • the achievable layer thicknesses in the electrostatic whirl bath process are in the same range as in the EPS process, i.e. at approx. 30 to 200 ⁇ m. Thin-film applications are generally not possible here either due to the process-related fluctuations in layer thickness.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method and a device with which liquid or particulate coating materials, in particular powders, can be applied in layers of a defined thickness with high constancy and at high process speeds, preferably to flat parts.
  • This object is achieved by the device according to claim 1 and the method according to claim 22.
  • the coating material in particular powder
  • This device serves as an electrode. It is constructed in an electrically insulated manner and has a high voltage between 5 and 100 kV (positive or negative).
  • a roller brush for example with brush hair made of metal or electrically conductive or semiconductive plastic or ceramic, a rotating cell wheel, a rotating braid, for example made of wire, rotating steel wool or also a vibrating brush or other vibrating objects made of electrically conductive or semi-conductive material are used.
  • the electrically conductive and / or semiconductive materials advantageously have a volume resistance 10 10 11 ohms.
  • This means has an electrically insulated structure and has, for example, a sliding contact or a contact via a ball bearing to a high-voltage generator. In the case of a rotating brush 'and the like, it can at a speed of between 1 and 100 rpm.
  • the powder is charged by contact with the brush and the corona that occurs, and atomized electrostatically and mechanically by the movement of the agent.
  • the powder deposits on the substrate by means of electrostatic forces.
  • an electrically conductive grounded substrate for example a metallic coil
  • no further support for the deposition process is required.
  • the deposition can be supported on the back of the substrate by using a charge which is counterpolar to the powder, for example unipolar ionized air.
  • the method and the device according to the invention now have a number of advantages over the prior art.
  • many substrates previously " predominantly or exclusively coated with wet paint application techniques can be powder coated in the future.
  • the agent for atomizing the coating material here producing fine electrically charged paint droplets.
  • the device according to the invention and the method according to the invention are particularly suitable for high throughput speeds of the substrate to be coated in the range up to 3 m / s.
  • the method is also suitable for applications in which only a small amount of coating layering material or a thin coating is applied.
  • powder layers in particular can thus be defined and applied with a hitherto impossible constancy even at high process speeds.
  • Flat parts are preferably coated with the present invention. However, it is also possible to coat profiled flat parts or edges.
  • the powder material is transferred to the substrate without losses, i.e. Complex technical measures for the recovery and circulation of the powder not deposited on the substrate, as they have been required in the previous electrostatic powder application by means of spray organs, are no longer required. This is associated with less space requirement and lower investment costs. Since the powder is not sprayed on as with conventional technology, the associated high compressed air consumption is eliminated.
  • the method according to the invention requires because of the unnecessary recovery system, the color change is also much easier than with conventional powder coating systems, .-:.,
  • the layer thickness fluctuations and particle size separations customary in the electrostatic powder coating processes according to the prior art do not occur.
  • the amount of powder to be transferred can be reproducibly controlled over a wide range, so that constant layer thicknesses can be generated both at low and at high conveying speeds of the substrate. In particular, very thin layers down to a few ⁇ m thickness can be reproducibly produced.
  • the process according to the invention thus not only replaces the EPS processes which have hitherto been used for powder coating, but also, in particular, also "different wet coating application processes "such as casting processes, roller application processes or compressed air and airless atomization in flat coating machines.
  • the coating material is fed from a fluidizing container into which, for example, the agent for further atomizing the coating material is partially immersed.
  • the powder can also be preloaded in the fluidizing container, as is already known in electrostatic fluidized beds with the help of unipolar ionized air.
  • the coating material can also consist of a gap or a Solutions of a fluidizing container are trickled into the area of influence of the atomizing agent.
  • the powder can be preloaded electrostatically in the fluidizing container.
  • a transfer device for example a transfer belt or a transfer roller, which is coated with coating material by means of an electrostatic fluidized bed in a fluidizing container.
  • the transfer belt or the transfer roller can also be immersed in the fluid bed. The coating material is then removed by the atomizing agent from the transfer belt or the transfer roller, electrostatically charged and further atomized and then applied to the substrate.
  • the transfer belt and / or the transfer roller advantageously have, in particular on their surface receiving and transferring the coating material, an electrical valley width of the or insulating material or consist thereof, advantageously with a volume resistance ⁇ 10 7 ⁇ , advantageously between 10 7 ⁇ and 10 18 ⁇ , advantageously between 10 9 ⁇ and 10 18 ⁇ .
  • the applied powder in the fluidizing container is continuously replaced by powder metering in order to ensure a constant filling level and thus constant powder quantities transferred to the substrate.
  • the first atomizing agent for example the brush
  • the first atomizing agent can also face at an angle around the axis perpendicular to the plane that is spanned by the planar extent of the substrate the substrate or the substrate transport direction may be arranged rotated.
  • the substrate for example plates to be coated
  • the substrate can also be arranged with its front edge obliquely instead of transversely to its transport direction, so that in all cases the front and rear edge or the lateral edges are opposite the line on which the substrate passes the atomizing agent is applied, is twisted. In this case, it is then also possible to coat lateral edges and profiles.
  • further high-voltage electrodes can also be arranged between the first sputtering agent and the substrate, as is known, for example, from the so-called MSC method (Material Science Corporation, see, for example, US Pat. No. 5,769,276 A).
  • MSC method Magnetic Science Corporation, see, for example, US Pat. No. 5,769,276 A.
  • the coating powder is corona charged exclusively by wire electrodes which are arranged directly in front of the " substrate " .
  • wire electrodes can also be used in the present method in order to increase the electrostatic charge due to the corona discharge of the atomizing agent.
  • the device according to the invention and the method according to the invention are variable from very low conveying speeds ⁇ 0.01 m / s (for example metered via transfer belt or transfer roller) to over 3 m / min (for example via a trickling method) from a metering gap of a fluidizing container) adjustable.
  • the powder mass flow to be metered can therefore, depending on the conveying speed and coating width, between 0.1 g / s and 5000 g / s, advantageously between see 1 g / s and 500g / s or even outside of these values.
  • the useful width of the present device is very variable and can be, for example, between 1 mm and 10 m, advantageously between ⁇ 10 mm and over 2 m.
  • the method according to the invention can be used, in particular, to process electrically insulating or also electrically conductive powders, since the powder is charged by means of a corona using the atomizing agent, for example a rotating brush. ⁇
  • FIG. 1 to 8 show various devices according to the invention for coating substrates, for example strips (coils) or plates with powder or droplet-shaped coating material
  • FIG. 9 shows various means for further atomizing and electrostatically charging the coating material.
  • FIG. 1 shows a device for coating a flat substrate 8 with a coating material 5, for example a powder.
  • the substrate 8 is transported in the direction of arrow B by means of a transport device, not shown, and is grounded.
  • a fluidizing container 1 with a fluid made of powder particles.
  • the fluidizing air is supplied to this fluidizing container via a nozzle 3 in the direction of arrow A.
  • Room 4 above the fluid bed 2 is a high voltage roller 7 with wire brush hair. This high-voltage roller 7 rotates in the direction of arrow D and dips with its brush hair into the fluid bed 2. It essentially serves to transfer and charge the powder
  • This brush 7 is stored in an insulated manner and is connected to a high-voltage source, for example, via sliding contacts.
  • a brush 10 which consists of metal and is mounted in an electrically insulated manner as a means for further atomizing the coating material 5. It is also connected to a high voltage source with a voltage between 1 and 500 kV. This brush now rotates at a speed between 0.1 U / s and 500 U / s, advantageously between
  • the powder is both mechanically atomized by this brush and electrically charged via corona discharge, so that a very fine, very strongly electrostatically charged powder cloud is formed above the substrate 8. This is deposited as a coating 9 on the substrate 8 when the substrate 8 is moved in the direction of the arrow B.
  • the fluidizing air can also be unipolarly ionized, so that a first electrostatic charging of the powder 5 takes place in the fluid bed 2.
  • substrates inter alia, band-shaped substrates (coil) can be coated or also plate-shaped substrates, such as MDF boards and the like.
  • Cellular wheels, vibrating strip brushes, various wire meshes or steel wool or also other electrically chargeable and movable means are suitable as alternatives to the rotating brush in the devices shown.
  • FIG. 2 shows a device similar to that in FIG. 1, in which case now no flat band-shaped substrate 8 is coated, but rather a plate-shaped substrate 8a to 8c.
  • This is mounted on a conveyor belt 12 as a transport device, which in turn is grounded and moves the substrate in the direction of arrow B.
  • this arrangement is identical to that in FIG. 1, but it is doubled in mirror symmetry.
  • FIG. 2A shows a top view of the arrangement of the substrates 8a-8c and the brushes 10a, 10b from FIG. 2B.
  • the substrates 8a to 8c are aligned parallel to the transport direction B, ie their side edges are parallel and their front and rear edges are oriented transversely to the transport direction B.
  • the fluidizing container 1, the outlets 6a, 6b and the brushes 10a and 10b are arranged at an angle to the line of the front and rear edges of the substrates 8a-8c.
  • the side edges of the substrates 8a, 8b are also coated by the powder 5a, 5b.
  • FIG. 3 shows a further device in which, as can be seen in FIG. 3C, a fluidizing container 1 with a fluid bed 2 is arranged above a band-shaped substrate 8. This substrate 8 is grounded and is transported in the direction of arrow B.
  • the fluidizing container 1 now has a trickle opening 6a, 6b in the direction of movement B of the substrate 8 on the front and rear, through which the powder 5a, 5b is sprinkled onto roller brushes 10a, 10a 'and 10b, 10b'.
  • roller brushes 10a, 10a 'and 10b, 10b' are arranged in pairs with mutually parallel axes of rotation, rotate in opposite directions in the direction of the arrows Cl, Cl 'in FIG. 3A and are charged with high voltage. These brushes therefore lead to mechanical atomization of the pulse verse 5a or 5b and a strong electrostatic charge due to the corona.
  • 8 3B shows an arrangement in which plates 8 are arranged on a conveyor belt 12, the axis of rotation of the brushes 10a, 10a ', 10b, 10b', the longitudinal axes of the trickle openings 6a, 6b and the orientation of the fluidizing container 1 transversely to the direction of transport B. are arranged at an angle between 0 ° and 90 °. In this way, in turn, a front and back coating and in particular a lateral edge coating of the plates 8 can be achieved.
  • Suitable as trickle openings 6a, 6b are, on the one hand, gap-shaped trickle openings or also a series of punctiform trickle openings.
  • a modification of the device according to FIG. 3, as shown in FIG. 4, can be used for a vertical coating.
  • a fluidizing container 1 is again provided, which has trickling openings 6a, 6b.
  • a high-voltage roller brush 10a, 10b is arranged, which atomizes the trickling powder 5 and charges it electrically.
  • the roller brushes 10a, 10b are shielded by baffles 11a, 12a and 11b, 12b so that they form a powder channel directed in the direction of the substrate 8. As a result, the powder is directed directly from the roller brushes 10a, 10b onto the substrate.
  • FIG. 5 shows a further device, in which case the substrates in the form of plates 8a to 8f are suspended vertically on a transport device 14, 15.
  • This transport device 14 transports the substrates 8a to 8f past a fluidizing container 1 with a nozzle 3 for the supply of fluidizing air.
  • a roller brush 10 ' is also arranged vertically between the fluidizing container 1 and the substrates 8a to 8f, ie with a vertical axis of rotation.
  • trickle openings 6a to 6f are arranged in the fluidizing tank. This size of the opening of the trickle openings 6a to 6f decreases downwards.
  • FIG. 6B shows a further device according to the invention, in which a transfer device 20, 21a-21c, 22 is arranged between the fluidizing container 1 and the roller brush 10 carrying high voltage.
  • a transfer belt 20 is used as the transfer device, which is guided past the brush 10 directly via deflection rollers 21a, 21b, 21c.
  • the transfer belt 20 is transported in the direction of the arrows E to the fluidizing container 1 and is immersed there in the fluid bed 2. It picks up powder 5 and in turn is guided to brush 10 with this powder.
  • the brush 10 strips this powder from the transfer belt, atomizes it and charges it electrostatically. In turn, a powder cloud is generated, which is deposited as a coating 9 on a strip-shaped substrate 8. Both the substrate 8 and the deflection rollers 21a, 21b, 21c and the transfer belt 20 are grounded.
  • FIG. 6A shows a detail from the coating area in FIG. 6B.
  • the transfer belt 20 is passed directly past the brush 10, which rotates in the direction of the arrow C.
  • the powder 5 adhering to the transfer belt 20 and already electrically charged in the fluidizing bed 2 is stripped from the transfer belt 20 by the brush 10 and further electrostatically charged due to the high voltage of the brush by means of corona discharge.
  • the powder is thrown by the brush in the direction of arrow H to the substrate 8 and deposited there as a coating 9.
  • FIG. 7 shows a further device according to the invention, in which, however, a roller 23 is used as the transfer device, which moves in the direction of the arrow G.
  • This roller is immersed in the fluidizing container 1 in the space 4 above the fluid bed 2. It is itself grounded and picks up electrostatically charged powder 5 as a coating. However, the powder 5 is previously leading, in the direction of arrow D rotating roller 7 electrically charged, which dips into the fluid bed 2. As a result, the powder 5 adheres to the grounded roller 23.
  • a means 10 for example a roller brush 10, for further atomization of the powder 5.
  • This roller brush 10 carries high voltage, strips the powder 5 from the transfer roller 23 and charges it electrostatically and atomizes it mechanically on top of that.
  • the electrostatically charged powder 5 is spun by the brush 10 in the direction of the substrate 8 and deposited there as a coating 9.
  • FIG. 8 shows a further corresponding device as in FIG. 7, but here the brush 10, which rotates in the direction of the arrow C, is further away from the substrate 8.
  • the metering or trans ' fex ' roller 23 or transfer roller 23 is conductive and grounded and has a jacket made of insulating material.
  • the metering roller 23 is thus constructed as in FIG. 7.
  • the metering roller 23 is immersed both in the fluid bed 2 and in the space 4 above the fluid bed. In contrast to FIG. 7, no roller 7 is provided, but the powder 5 is already electrostatically charged by means of unipolar 'ionized fluidizing air, so that it is deposited on the metering roller 23. Between the metering roller 23 and the wall of the fluidizing container 1 there is a gap 24 in the area of the fluid bed 2. If this is chosen small enough, for example less than approx. 5 mm, advantageously less than approx. 1 mm, dg.s. powder-coated ver do not flow out of the fluid bed 2 through this gap 24. This ensures the seal between the fluidizing container 1 and the roller 23.
  • the high-voltage brush 10 now removes the powder 5 from the metering roller 23, charges it electrostatically and generates a powder jet in the direction of the substrate 8, where the powder 5 is deposited as a coating 9.
  • All embodiments with transfer devices as shown in FIGS. 6 to 8 have the advantage that a very precise and also low dosage of the powder 5 can be achieved by means of a trans er device. This allows very thin and homogeneous coatings 9 to be produced on substrates 8.
  • FIG. 9 shows different variants of a first means for further atomizing the coating material, which can be placed on high voltage.
  • 9 shows a cellular wheel sluice 10, which is mounted on an axis 24 and can rotate in the direction of the arrow C.
  • a rotary valve can be used instead of the rotating brushes described in the previous examples.
  • a rotating wire mesh 10 is shown, which has a central axis 24 and arranged thereon a wire mesh made of wires 25. This wire mesh can also rotate about the longitudinal axis of the shaft 24 in the direction of arrow C.
  • FIG. 9C shows a strip brush 10 which also has a shaft 24 as a bearing axis with brush hairs 26 arranged thereon.
  • These inguinal Brush 10 can now be moved back and forth in the direction of arrow C, ie vibrate. The same atomization effect is achieved by such a vibration movement as was shown in the previous examples for a rotating brush.
  • This strip brush 10 can also be applied to high voltage in order to achieve electrostatic charging of the atomized powder.
  • FIG. 9D shows a brush 10 made of steel wool 27 which can be rotated in the direction of arrow C about the longitudinal axis of a shaft 24.
  • the steel wool braid 27 surrounds the shaft 24 instead of brush hair and produces the same atomizing effect as a brush with hair.

Landscapes

  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrats (8), insbesondere eines flachen Substrats (8), mit einem flüssigen oder partikulären Beschichtungsmaterial (5). Derartige Verfahren werden insbesondere im Bereich der Pulverlackapplikationen auf Flachmaterialien benötigt. Geeignete Anwendungsbereiche sind beispielsweise Stahl- und Aluminium-Bandmaterial (Coil), Metall- und Kunststofffolien, Papierbahnen, z.B. Tapeten, Blech-Platinen sowie Strangpressmaterialien (Profile, Rohre), Kunststoffplatten, Holz- und Holzwerkstoff platten, z.B. MDF (mitteldichte Faserplatten) oder HDF (hochdichte Faserplatten), steinwollebasierende Akkustik-Dämmplatten und zwar sowohl flache Materialien ohne Kantenbeschichtung als auch flache oder profilierte Platten bei denen auch die Kante mitbeschichtet wird. Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung befindet sich zwischen dem Auslass einer Zerstäubungsvorrichtung und einer Transportvorrichtung für das Substrat (8) mindestens ein elektrisch leitfähiges und/oder halbleitfähiges erstes Mittel zum weiteren Zerstäuben des Beschichtungsmaterial (5), das an Hochspannung legbar ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Beschichtung von Flachteilen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und-ein Verfahren zur Beschichtung- eines -Substrats, insbesondere eines flachen Substrats, mit einem flüssigen oder partikulären Beschichtungsmaterial . Derartige Verfahren werden insbesondere im Bereich der Pulverlackapplikationen auf Flachmaterialien benötigt. Geeignete Anwendungsbereiche sind beispielsweise Stahl- und Aluminium-Bandmaterial (Coil) , Metall- und Kunststofffolien, Papierbahnen, z.B. Tapeten, Blech-Platinen sowie Strangpressmaterialien (Profile, Rohre) , Kunststoffplatten, Holz- und Holzwerkstoff- platten, z.B. MDF (mitteldichte Faserplatten) oder HDF (hochdichte Faserplatten) , steinwollebasierende Akkustik-Dämmplatten und zwar sowohl flache Materialien ohne KantenbeSchichtung als auch flache oder profilierte Platten bei denen auch die Kante mitbeschichtet wird.
Weitere Anwendungsbereiche liegen in der elektrostatisch unterstützten Applikation von Schleifkorn auf Papier und Kunststofffolie, der Lötpulverapplikation auf Strangpressmaterialien sowie prinzipiell auch die Nasslackapplikation.
Zur elektrostatischen Pulverbeschichtung stehen bisher zwei Verfahren zur Verfügung:
Beim elektrostatischen Pulversprüh-Verfahren (EPS- Verfahren) wird das Pulver mittels Luft fluidisiert und über einen Schlauch zum Sprühorgan transportiert, wo es elektrostatisch aufgeladen und mittels Düsen auf das Substrat gesprüht wird. Die Abscheidung der aufgeladenen Pulverpartikel auf dem geerdeten Substrat erfolgt durch elektrostatische Anziehungskräfte. Da hierbei nur ein Teil des versprühten Pulvers auf das Substrat gelangt, wird das nicht abgeschiedene Pulver (Overspray) mittels einer Absaugung aus der Beschichtungskabine entfernt und wieder dem Pulverbehälter zugeführt. In der Regel werden die Sprühaggregate mittels einer automatischen Hubeinrichtung auf- und abbewegt (vertikale Substratanordnung) bzw. hin- und herbewegt (horizontale Substratanordnung) , um durch Überlappung der Lackierstreifen alle Bereiche der mittels einer Fördereinrichtung an den Sprühorganen vorbeibewegten Substrate beschichten zu können. Das EPS-Verfahren ist für Substrat-Fόrdergeschwindig- keiten bis zu ca. 15 m/min geeignet. Wesentliche Nachteile des EPS-Verfahrens sind
- die mit dem Einsatz von Sprühorganen verbundene Notwendigkeit des Einsatzes lüftungstechnischer Anlagen und Kabinentechnik sowie der damit verbundene hohe Platzbedarf und die hohen Investitionskosten, die hohen Luftvolumenströme bzw. Luftstrδmungs- geschwindigkeiten beim Aufsprühen des Pulvers auf die Substrate und die dadurch auftretenden Turbulenzen, verbunden mit Schichtdickenschwankungen und Partikelgrößenseparierungen, die zu Verschiebungen des Partikelgrößenspektrums im Pulverkreislauf und damit zu Beschichtungsstö- rungen führen, die bei hohen Substrat-Fördergeschwindigkeiten erforderlichen hohen Hubgeschwindigkeiten der Sprühaggregate, die zu zusätzlichen LuftStrömungsturbulenzen im Sprühstrahlbereich und dadurch zu zusätzlichen Schichtdickenschwankungen führen sowie der hohe anlagen- und verfahrenstechnische Aufwand für die Rückgewinnung und Kreislaufführung des nicht auf den Substraten abgeschiedenen Pulvers, insbesondere beim Einsatz verschieden farbiger Pulver.
Die applizierbare 'Schichtdicke liegt beim EPS-Verfahren im Bereich von ca. 30-200 /im. Dünnschichtapplikationen mit Schichtdicken < 30 μm sind mit dieser Technik im allgemeinen nicht möglich, da bei den üblichen Schichtdickenschwankungen unterbeschichtete Bereiche unvermeidbar sind.
Beim Elektrostatischen Wirbelbadverfahren werden die Substrate nicht direkt besprüht, sondern innerhalb einer Kammer bzw. über einem Fluidisierbecken in einer Wolke aus aufgeladenem Pulver beschichtet . Die Abscheidung der Pulverpartikel auf den Substraten erfolgt hier nicht wie beim EPS-Verfahren durch die Kombination aus Aufsprühen mittels Luft und .elektrostatischer Anziehung, sondern ausschließlich durch elektrostatische Kräfte. Nachteile dieses Verfahrens sind insbesondere die begrenzte Menge an abscheidbarer Pulvermenge pro Zeiteinheit und der dadurch nur geringe Durchsatz an zu beschichtender Oberfläche bzw. die dadurch nur geringen Prozessgeschwindigkeiten sowie die ungenaue und nur schwierig steuerbare Dosierung der applizierten Pulvermenge und die damit verbundenen Schwankungen der Schichtdicke.
Die erzielbaren Schichtdicken liegen beim elektrostatischen Wirbelbadverfahren im gleichen Bereich wie beim EPS-Verfahren, d.h. bei ca. 30 bis 200 μm. Dünnschichtapplikationen sind auch hier aufgrund der verfahrensbedingten Schichtdickenschwankungen im allgemeinen nicht möglich.
Aufgrund der oben skizzierten Nachteile der bisher üblichen Pulverbeschichtungsverfahren werden der grδ߀e Teil der zu beschichtenden Flachteile nassla- ckiert, Coil beispielsweise überwiegend im Walzenauftragsverfahren, flache Holzteile z.B. im Gießverfahren, profilierte MDF-Platten werden mit auf Druckluft- bzw. Airless-Zerstäubern basierenden Flachbe- schichtungsverfahren mit niedrigen Fördergeschwindigkeiten von ca. 1 m/min lackiert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit dem flüssige oder partikuläre Beschichtungs- materialien, insbesondere Pulver, in Schichten definierter Dicke mit hoher Konstanz und bei hohen Prozessgeschwindigkeiten vorzugsweise auf Flachteile aufgebracht werden können. Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 22 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Entscheidend an dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass das Beschichtungsmaterial , insbesondere Pulver, mittels einer sich rasch bewegenden, beispielsweise rotierenden, elektrisch leitfähigen und/oder halb- leitfähigen Rollenbürste bzw. einer ähnlichen ersten Vorrichtung elektrostatisch aufgeladen wird. Diese Vorrichtung dient dabei als Elektrode. Sie ist -elektrisch isoliert aufgebaut und wird mit einer Hochspannung zwischen 5 bis 100 kV (positiv oder negativ) belegt .
Vorteilhafterweise wird als derartiges erstes Mittel zum weiteren Zerstäuben des Beschichtungsmaterials eine Rollenbürste, beispielsweise mit Bürstenhaaren aus Metall oder elektrisch leitfähigem oder halbleit- fähigem Kunststoff oder Keramik, ein rotierendes Zellenrad, ein rotierendes Geflecht, beispielsweise aus Draht, rotierende Stahlwolle oder auch eine vibrierende Leistenbürste oder andere vibrierende Gegenstände aus elektrisch leitfähigem oder halbleitfähigem Material verwendet. Die elektrisch leitfähigen und/oder halbleitfähigen Materialien besitzen vorteilhafterweise einen Durchgangswiderstand ≤ 1011 Ohm. Dieses Mittel ist elektrisch isoliert aufgebaut und besitzt beispielsweise einen Schleifkontakt oder einen Kontakt über ein Kugellager zu einem Hochspannungserzeuger. Im Falle einer rotierenden Bürste' und dergleichen, kann diese mit einer Drehzahl zwischen 1 und 100 U/s gedreht werden. Das Pulver wird dabei durch den Kontakt mit der Bürste sowie die auftretende Korona aufgeladen und elektrostatisch sowie mechanisch durch die Bewegung des Mittels zerstäubt.
Das Pulver scheidet sich mittels elektrostatischer Kräfte auf dem Substrat ab. Im Falle eines elektrisch leitfähigen geerdeten Substrats, beispielsweise eines metallischen Coils, ist keine weitere Unterstützung des Abscheidevorgangs erforderlich. Bei elektrisch isolierenden bzw. gering leitfähigen Substraten kann die Abscheidung durch Einsatz von zum Pulver gegenpolaren Ladung, beispielsweise von unipolar ionisierter Luft, auf der Rückseite des Substrats unterstützt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzen nun eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik. Insbesondere können viele bisher" überwiegend bzw. ausschließlich mit Nasslackapplikationstechniken beschichtete Substrate in Zukunft pulverbeschichtet werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es jedoch auch möglich, Nasslackapplikationen durchzuführen, wobei das Mittel zum Zerstäuben des Beschichtungsmaterials hier feine elektrisch aufgeladene Lacktröpfchen erzeugt .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungs- gemäße Verfahren eignen sich insbesondere für hohe Durchlaufgeschwindigkeiten des zu beschichtenden Substrats im Bereich bis zu 3 m/s. Darüber hinaus ist das Verfahren aufgrund der hohen Dosiergenauigkeit bei der Applikation des Beschichtungsmaterials über die gesamte Breite des Substrats auch für Anwendungen geeignet, bei denen nur eine geringe Menge an Be- schichtungsmaterial bzw. eine dünne Beschichtung ap- pliziert wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung können also insbesondere Pulverschichten definiert und mit einer bisher nicht möglichen Konstanz auch bei hohen Prozessgeschwindigkeiten aufgebracht werden. Vorzugsweise werden mit der vorliegenden Erfindung Flachteile beschichtet. Es ist jedoch auch möglich, profilierte Flachteile oder Kanten zu beschichten.
Aufgrund der reproduzierbar steuerbaren Menge des auf das Substrat übertragenen Beschichtungsmaterials, auch bei sehr geringen Mengen pro Zeiteinheit, sind im Gegensatz zum Stand der Technik Dünnschichtapplikationen bis zu wenigen Mikrometer-Dicke reproduzierbar möglich. Dies ermöglicht, den Anwendungsbereich von Pulverbeschichtungen erheblich zu erweitern, z.B. indem Nasslackapplikationen substituiert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Pulvermaterial ohne Verluste auf das Substrat übertragen, d.h. aufwändige technische Maßnahmen zur Rückgewinnung und Kreislaufführung des nicht auf dem Substrat abgeschiedenen Pulvers, wie sie bei der bisherigen elektrostatischen Pulverapplikation mittels Sprühorganen erforderlich sind, entfallen. Dies ist mit geringerem Platzbedarf sowie geringeren Investitionskosten verbunden. Da das Pulver nicht wie bei der herkömmlichen Technik aufgesprüht wird, entfällt der damit verbundene hohe Druckluftverbrauch.
Da bei einem Wechsel des Farbtons alle mit dem Pulver in Berührung kommenden Anlagenteile gereinigt werden müssen, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf- grund der nicht notwendigen Rückgewinnungsanlage auch der Farbwechsel wesentlich einfacher als bei herkömmlichen Pulverbeschichtungsanlagen durchführbar,.-:.,
Bei der erfindungsgemäßen Übertragung des Pulvers auf das Substrat treten die bei den elektrostatischen Pulverbeschichtungsverfahren nach dem Stand der Technik üblichen Schichtdickenschwankungen und Partikel- größenseparierungen nicht auf. Die zu übertragende Pulvermenge kann in einem weiten Bereich reproduzierbar gesteuert werden, so dass konstante Schichtdicken sowohl bei geringen als auch bei hohen Fördergeschwindigkeiten des Substrats erzeugt werden können. Insbesondere können auch sehr dünne Schichten bis herab zu wenigen μm Dicke reproduzierbar erzeugt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ersetzt damit nicht nur die bisher für Pulverlackbeschichtungen üblicherweise eingesetzten EPS-Verfahren sondern insbesondere auch, "verschiedene Nasslackapplikationsverfahren' wie Gießverfahren, Walzenauftragsverfahren oder Druckluft- und Airless-Zerstäubung im Flachbeschichtungs- automaten.
Erfindungsgemäß wird das Beschichtungsmaterial aus einem Fluidisierbehälter zugeführt, in den beispielsweise das Mittel zum weiteren Zerstäuben des Beschichtungsmaterials teilweise eintaucht. Das Pulver kann dabei auch bereits im Fluidisierbehälter vorgeladen werden, wie dies im elektrostatischen Wirbelbett mit Hilfe des Einsatzes von unipolar ionisierter Luft bereits bekannt ist.
Alternativ kann das Beschichtungsmaterial auch aus einem Spalt oder mehreren punktuellen Ausrieselöff- nungen eines Fluidisierbehälters in den Einflussbereich des Zerstäubungsmittels ausgerieselt werden. Auch hier kann das Pulver im Fluidisierbehälter e- lektrostatisch vorgeladen werden. Eine weitere Möglichkeit, um das Beschichtungsmaterial von dem Fluidisierbehälter in den Einflussbereich des Zerstäubungsmittels zu bringen besteht darin, eine Transfervorrichtung, beispielsweise ein Transferband oder eine Transferwalze zu verwenden, die mittels eines e- lektrostatischen Wirbelbettes in einem Fluidisierbehälter mit Beschichtungsmaterial beschichtet wird. Hierzu kann das Transferband oder die Transferwalze auch in das Fluidbett eintauchen. Das Beschichtungsmaterial wird dann durch das Zerstäubungsmittel von dem Transferband oder der Transferwalze abgetragen, elektrostatisch aufgeladen und weiter zerstäubt und dann auf das Substrat aufgebracht. Das Transferband und/oder die Transferwalze weisen vorteilhafterweise, insbesondere an ihrer das Beschichtungsmaterial aufnehmenden und übertragenden Oberfläche, ein elektrisch Tiälbreite des oder isolierendes Material auf oder bestehen daraus, vorteilhafterweise mit einem Durchgangswiderstand ≥ 107 Ω, vorteilhafterweise zwischen 107 Ω und 1018 Ω, vorteilhafterweise zwischen 109 Ω und 1018 Ω.
Vorteilhafterweise wird das applizierte Pulver in den Fluidisierbehälter kontinuierlich durch Pulverzudo- sierung ersetzt, um ein Konstantfüllniveau und damit gleich bleibende auf das Substrat übertragene Pulvermengen zu gewährleisten.
Vorteilhafterweise kann das erste Zerstäubungsmittel, beispielsweise die Bürste, auch unter einem Winkel um die Achse senkrecht zur Ebene, die durch die flächige Ausdehnung des Substrats aufgespannt wird, gegenüber dem Substrat bzw. der Substrattransportrichtung gedreht angeordnet sein. In Umkehrung dieses Prinzips kann auch das Substrat, beispielsweise zu beschichtende Platten, mit seiner Vorderkante schräg statt quer zu seiner Transportrichtung angeordnet sein, so dass in allen Fällen die vordere und hintere Kante bzw. die seitlichen Kanten gegenüber der Linie, auf der das Substrat durch das Zerstäubungsmittel aufgebracht wird, verdreht ist. In diesem Falle ist es dann möglich, auch seitliche Kanten und Profile mit zu beschichten.
Vorteilhafterweise können zwischen dem ersten Zerstäubungsmittel und dem Substrat auch weitere hochspannungsführende Elektroden angeordnet sein, wie es beispielsweise aus dem so genannten MSC-Verfahren (Material Science Corporation, siehe z. B. US 5,769,276 A) bekannt ist. Bei diesem Verfahren erfolgt eine Koronaaufladung des Beschichtungspulvers ausschließlich durch Drahtelektroden, die unmittelbar vor dem "Substrat angeordnet" sind. Derartige Draht- elektroden können auch im vorliegenden Verfahren zusätzlich eingesetzt werden, um die elektrostatische Aufladung aufgrund der Koronaentladung des Zerstäubungsmittels, zu verstärken.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungs- gemäße Verfahren sind je nach Einsatz eines geeigneten Dosiersystems variabel von sehr geringen Fördergeschwindigkeiten < 0,01 m/s (beispielsweise über Transferband oder Transferwalze dosiert) bis über 3 m/min (z. B. über ein Ausrieselverfahren aus einem Dosierspalt eines Fluidisierbehälters) einstellbar. Der zu dosierende Pulvermassestrom kann also je nach Fördergeschwindigkeit und Beschichtungsbreite zwischen 0,1 g/s und 5000 g/s, vorteilhafterweise zwi- sehen 1 g/s und 500g/s oder auch außerhalb dieser Werte eingestellt werden. Die Nutzbreite der vorliegenden Vorrichtung ist sehr variabel und kann beispielsweise zwischen 1 mm und 10 m, vorteilhafterweise zwischen < 10 mm bis über 2 m betragen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere elektrisch isolierende oder auch elektrisch leitfähige Pulver verarbeitet werden, da das Pulver durch das Zerstäubungsmittel, beispielsweise eine rotierende Bürste, mittels Korona aufgeladen wird. ■
Im Folgenden sollen nun einige Beispiele erfindungsgemäßer Vorrichtungen und Verfahren beschrieben werden. Dabei zeigen die Figuren 1 bis 8 verschiedene erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Beschichtung von Substraten, beispielsweise Bändern (Coil) oder Platten mit Pulver oder tropfchenförmigem Beschichtungsmaterial sowie Fig. 9 verschiedene Mittel zum weiteren Zerstäuben und elektrostatischen Aufladen des Beschichtungsmaterials .
Dabei werden in sämtlichen Figuren für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet .
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Beschichtung eines flachen Substrats 8 mit einem Beschichtungsmaterial 5, beispielsweise einem Pulver. Das Substrat 8 wird in Richtung des Pfeiles B mittels einer nicht dargestellten Transportvorrichtung transportiert und ist geerdet. Oberhalb der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats 8 befindet sich ein Fluidisierbehälter 1 mit einem Fluid aus Pulverpartikeln. Diesem Fluidisierbehälter wird die Fluidisierluft über einen Stutzen 3 in Richtung des Pfeiles A zugeführt. In dem Raum 4 oberhalb des Fluidbettes 2 befindet sich eine Hochspannung führende Walze 7 mit Bürstenhaaren aus Draht. Diese Hochspannung führende Walze 7 dreht sich in Richtung des Pfeiles D und taucht mit ihren Bürstenhaaren in das Fluidbett 2 ein. Sie dient im Wesentlichen dem Transfer und der Aufladung des Pulvers
5 mittels Koronaentladung, jedoch noch nicht unmittelbar zum Auftrag des Pulvers auf das Substrat 8. Diese Bürste 7 ist isoliert gelagert und beispielsweise über Schleifkontakte mit einer Hochspannungs- quelle verbunden.
Neben dem Fluidbett 2 befindet sich ein Pulverauslass
6 aus dem Fluidisierbehälter 1, der am Boden des Flu- idisierbehälters 1 endet, von wo das Pulver dann auf das Substrat 8 als Beschichtung 9 aufgebracht wird. An dem Auslass 6 unmittelbar über dem Substrat 8 befindet sich als Mittel zum weiteren Zerstäuben des Beschichtungsmaterials 5 eine Bürste 10, die aus Metall besteht und elektrisch isoliert gelagert ist. Sie ist weiterhin mit einer Hochspannungsquelle mit einer Spannung zwischen 1 und 500 kV verbunden. Diese Bürste rotiert nun mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,1 U/s und 500 U/s, vorteilhafterweise zwischen
1 U/s bis 100 U/s, vorteilhafterweise zwischen 5 U/s und 20 U/s. Das Pulver wird durch diese Bürste sowohl mechanisch zerstäubt als auch über Koronaentladung elektrisch aufgeladen, so dass oberhalb des Substrats 8 eine sehr feine, sehr stark elektrostatisch aufgeladene Pulverwolke entsteht. Diese schlägt sich als Beschichtung 9 auf dem Substrat 8 nieder, wenn das Substrat 8 in Richtung des Pfeiles B bewegt wird.
Optional kann auch die Fluidisierluft unipolar ionisiert sein, so dass bereits eine erste elektrostatische Aufladung des Pulvers 5 im Fluidbett 2 erfolgt. Als Substrate können u. a. bandförmige Substrate (Coil) beschichtet werden oder auch plattenförmige Substrate, wie beispielsweise MDF-Platten und dergleichen. Als Alternativen zur rotierenden Bürste eignen sich bei den dargestellten Vorrichtungen Zellenräder, vibrierende Leistenbürsten, verschiedene Drahtgeflechte oder Stahlwolle oder auch andere e- lektrisch aufladbare und bewegbare Mittel .
In Fig. 2 ist eine ähnliche Vorrichtung wie in Fig. 1 dargestellt, wobei hier nunmehr kein flaches bandförmiges Substrat 8 beschichtet wird sondern ein plat- tenförmiges Substrat 8a bis 8c. Dieses ist auf einem Transportband 12 als Transportvorrichtung gelagert, die ihrerseits geerdet ist und das Substrat in Richtung des Pfeiles B bewegt. Bezüglich des Fluidisier- behälters 1 und der weiteren Anordnung der drehbaren Bürsten ist diese Anordnung identisch mit der in Fig. 1, wobei sie jedoch spiegelsymmetrisch verdoppelt ist. Es befinden sich also oberhalb des Fluidbettes in Transportrichtung der Substrate 8a bis 8c hintereinander angeordnet zwei Bürsten 7a, 7b und vor und hinter dem Fluidisierbett zwei Auslässe 6a, 6b, an deren Enden zwei Bürsten 10a, 10b angeordnet sind. Diese drehen sich in Richtung der Pfeile Cl bzw. C2 zerstäuben das Pulver 5a, 5b und laden es elektrostatisch aufgrund Koronaentladung auf. Unterhalb der Bürsten 10a und 10b sind zwei Ablenkbleche 11a und 11b angeordnet, die dazu führen, dass das Pulver 5a bzw. 5b unter einem schrägen Winkel von oben auf die Oberfläche der Substrate 8a-8c auftrifft. Dadurch kann bewirkt werden, dass durch die Bürste 10a die Vorderkanten der Substrate 8a-8c und durch die Bürste 10b die rückseitigen Kanten der Substrate 8a-8c zusätzlich beschichtet werden. Fig. 2A zeigt eine Aufsicht auf die Anordnung der Substrate 8a-8c und der Bürsten 10a, 10b aus Fig. 2B. Auf dem Förderband 12 sind die Substrate 8a bis 8c in paralleler Weise zur Transportrichtung B ausgerichtet, d. h. ihre Seitenkanten sind parallel und ihre Vorder- und Hinterkanten sind quer zur Transportrichtung B orientiert. Allerdings sind der Fluidisierbehälter 1, die Auslässe 6a, 6b und die Bürsten 10a und 10b unter einem Winkel zur Linie der Vorder- und Hinterkanten der Substrate 8a-8c angeordnet. Da das Pulver nicht nur schräg von oben gegen die Transport- richtung B durch die Bürste 10a bzw. in Transport- richtung B durch die Bürste 10b sondern auch noch schräg auf die in Transportrichtung B rechte Seitenkante durch die Bürste 10a und schräg auf die entsprechende linke Seitenkante durch die Bürste 10b aufgestäubt wird, werden auch die Seitenkanten der Substrate 8a, 8b durch das Pulver 5a, 5b mit beschichtet.
Fig. 3 zeigt eine weitere Vorrichtung, bei der, wie in Fig. 3C zu erkennen ist, ein Fluidisierbehälter 1 mit einem Fluidbett 2 oberhalb eines bandförmigen Substrats 8 angeordnet ist. Dieses Substrat 8 ist geerdet und wird in Richtung des Pfeiles B transportiert. Der Fluidisierbehälter 1 besitzt nun in Bewegungsrichtung B des Substrats 8 vorderseitig und rückseitig je eine Ausrieselöffnung 6a, 6b, über die das Pulver 5a, 5b auf Rollenbürsten 10a, 10a' bzw. 10b, 10b' aufgerieselt wird. Diese Rollenbürsten 10a, 10a' bzw. 10b, 10b' sind paarweise mit zueinander parallelen Drehachsen angeordnet, drehen sich in Richtung der Pfeile Cl , Cl' in Fig. 3A gegenläufig und sind mit Hochspannung aufgeladen. Diese Bürsten führen daher zu einer mechanischen Zerstäubung des Pul- vers 5a bzw. 5b und einer starken elektrostatischen Aufladung aufgrund der Korona.
Hierdurch wird eine sehr feine und elektrostatisch aufgeladene Pulverwolke erzeugt, 'mit der eine sehr dünne und einheitliche homogene BeSchichtung 9 auf dem Substrat 8 erzeugt werden kann. Fig. 3B zeigt eine Anordnung, bei der Platten 8 auf einem Transportband 12 angeordnet sind, wobei die Drehachse der Bürsten 10a, 10a' , 10b, 10b' , die Längsachsen der Ausrieselöffnungen 6a, 6b und die Orientierung des Fluidisierbehälters 1 quer zur Transportrichtung B unter einem Winkel zwischen 0° und 90° angeordnet sind. Hierdurch kann wiederum eine vorder- und rückseitige sowie insbesondere eine seitliche Kantenbe- schichtung der Platten 8 erzielt werden.
Als Ausrieselöffnung 6a, 6b eignen sich zum einen spaltförmige Ausrieselöffnungen oder auch eine Aneinanderreihung punktförmiger Ausrieselöffnungen.
Für eine senkrechte Beschichtung kann eine Abwandlung der Vorrichtung gemäß Fig. 3 wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, verwendet werden. Auch hier ist wiederum ein Fluidisierbehälter 1 vorgesehen, der Ausrieselöffnungen 6a, 6b besitzt. Unmittelbar vor den Ausrieselöffnungen 6a, 6b ist jeweils eine Hochspannung führende Rollenbürste 10a, 10b angeordnet, die das ausrieselnde Pulver 5 zerstäubt und elektrisch auflädt. Die Rollenbürsten 10a, 10b sind durch Leitbleche 11a, 12a bzw. 11b, 12b so abgeschirmt, dass diese einen in Richtung des Substrats 8 gerichteten Pulverkanal bilden. Hierdurch wird das Pulver von den Rollenbürsten 10a, 10b unmittelbar auf das Substrat gerichtet . Fig. 5 zeigt eine weitere Vorrichtung, wobei hier die Substrate in Form von Platten 8a bis 8f an einer Transportvorrichtung 14, 15 senkrecht aufgehängt sind. Diese Transportvorrichtung 14 transportiert die Substrate 8a bis 8f an einem Fluidisierbehälter 1 mit einem Stutzen 3 für die Zufuhr von Fluidisierluft vorbei. Zwischen dem Fluidisierbehälter 1 und den Substraten 8a bis 8f ist eine Rollenbürste l'O ebenfalls senkrecht angeordnet, d. h. mit senkrechter Drehachse. In senkrechter Richtung parallel zur Drehachse der Bürste 10 sind in dem Fluidisierbehälter 1 Ausrieselöffnungen 6a bis 6f angeordnet . Diese Größe der Öffnung der Ausrieselöffnungen 6a bis 6f nimmt nach unten ab. Durch diese Ausrieselöffnung wird Pulvermaterial auf die Bürste 10 aufgerieselt , die dieses zerstäubt und anschließend auf die Substrate 8a- 8f aufträgt. Auch hier sind wiederum Leitbleche 13 zwischen dem Fluidisierbehälter 1 und der Rollenbürste 10 vorgesehen, die den Zwischenraum zwischen diesen beiden Elementen einschließlich der Ausrieselöff- üngen 6a-6'f nach außen abschirmen und so Pulververlust an die Umwelt vermeiden.
Fig. 6, insbesondere Fig. 6B zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der eine Transfervorrichtung 20, 21a-21c, 22 zwischen dem Fluidisierbehälter 1 und der Hochspannung führenden Rollenbürste 10 angeordnet ist. Als Transfervorrichtung wird ein Transferband 20 verwendet, das über Umlenkrollen 21a, 21b, 21c unmittelbar an der Bürste 10 vorbeigeführt wird. Im weiteren Verlauf wird das Transferband 20 in Richtung der Pfeile E zum Fluidisierbehälter 1 transportiert und taucht dort in das Fluidbett 2 ein. Dabei nimmt es Pulver 5 auf und wird mit diesem Pulver wiederum zur Bürste 10 geführt. Die Bürste 10 streift dieses Pulver von dem Transferband ab, zerstäubt es und lädt es elektrostatisch auf. So wird wiederum eine Pulverwolke erzeugt, die als Beschichtung 9 auf einem bandförmigen Substrat 8 abgelegt wird. Sowohl das Substrat 8 als auch die Umlenkrollen 21a, 21b, 21c und das Transferband 20 sind geerdet.
In Fig. 6A ist ein Ausschnitt aus dem Beschichtungs- bereich der Fig. 6B dargestellt. Das Transferband 20 wird unmittelbar an der- Bürste 10 vorbeigeführt, die sich in Richtung des Pfeiles C dreht . Dadurch wird das auf dem Transferband 20 anhaftende, bereits im Fluidisierbett 2 elektrisch aufgeladene Pulver 5 durch die Bürste 10 vom Transferband 20 abgestreift und aufgrund der Hochspannung der Bürste mittels Koronaentladung weiter elektrostatisch aufgeladen. Das Pulver wird durch die Bürste in Richtung des Pfeiles H zum Substrat 8 geschleudert und dort als Beschichtung 9 abgeschieden.
In dem Beispiel in Fig. 6 liegt ein elektrisch leitfähiges Substrat 8 vor, das geerdet ist. Dieses Substrat erhält aufgrund des Pulvers 5 Influenzladungen, die die umgekehrte Polarität, nämlich positive Polarität, aufweisen. Diese können jedoch über die Erdung des Substrats 8 abfließen. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass das Substrat 8 vollständig und einheitlich beschichtet werden kann.
Fig. 7 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der jedoch als Transfervorrichtung eine Walze 23 verwendet wird, die sich in Richtung des Pfeiles G bewegt. Diese Walze taucht in dem Fluidisierbehälter 1 in den Raum 4 oberhalb des Fluidbettes 2 ein. Sie ist selbst geerdet und nimmt elektrostatisch aufgeladenes Pulver 5 als Beschichtung auf. Das Pulver 5 wird jedoch zuvor durch eine hochspannungs- führende, in Richtung des Pfeiles D rotierende Walze 7 elektrisch aufgeladen, die in das Fluidbett 2 eintaucht. Dadurch haftet das Pulver 5 an geerdeter Walze 23.
Zwischen der Transferrolle 23 und dem Substrat 8 befindet sich nun erfindungsgemäß wiederum ein Mittel 10, beispielsweise eine Rollenbürste 10, zum weiteren Zerstäuben des Pulvers 5. Diese Rollenbürste 10 führt Hochspannung, streift das Pulver 5 von der Transferrolle 23 ab, lädt es elektrostatisch stark auf und zerstäubt es obendrein mechanisch. Das so elektrostatisch aufgeladene Pulver 5 wird von der Bürste 10 in Richtung des Substrats 8 geschleudert und dort als Beschichtung 9 abgeschieden.
Fig. 8 zeigt eine weitere entsprechende Vorrichtung wie in Fig. 7, wobei hier jedoch die Bürste 10, die sich in Richtung des Pfeiles C dreht, weiter von dem Substrat 8 entfernt ist. Auch hier ist wiederum die Dosier bzw. Trans'fex'walze 23 oder Transferrolle 23 leitfähig und geerdet und besitzt einen Mantel aus Isolierstoff. Die Dosierwalze 23 ist damit so aufgebaut wie in Fig. 7.
Die Dosierwalze 23 taucht hier sowohl in das Fluidbett 2 als auch in den Raum 4 oberhalb des Fluidbettes ein. Im Gegensatz zu Fig. 7 ist keine Walze 7 vorgesehen, sondern das Pulver 5 wird mittels unipolar' ionisierter Fluidisierluft bereits elektrostatisch geladen, so dass es auf der Dosierwalze 23 sich niederschlägt. Zwischen der Dosierrolle 23 und der Wandung des Fluidisierbehälters 1 ergibt sich im Bereich des Fluidbettes 2 ein Spalt 24. Wird dieser klein genug gewählt, beispielsweise kleiner ca. 5 mm, vorteilhafterweise kleiner ca. 1 mm, so kann dg.s. Pul- ver aus dem Fluidbett 2 nicht durch diesen Spalt 24 ausströmen. Damit ist die Abdichtung zwischen Fluidisierbehälter 1 und Rolle 23 gewährleistet.
Die Hochspannung führende Bürste 10 entfernt nun das Pulver 5 von der Dosierwalze 23, lädt es elektrostatisch stark auf und erzeugt einen Pulverstrahl in Richtung des Substrats 8, wo das Pulver 5 sich als Beschichtung 9 niederschlägt.
Sämtliche Ausführungsformen mit Transfervorrichtungen, wie in den Fign. 6 bis 8 dargestellt, haben den Vorteil, dass sich mittels einer Trans ervorrichtung eine sehr genaue und auch geringe Dosierung des Pulvers 5 erzielen lässt . Damit lassen sich sehr dünne und homogene Beschichtungen 9 auf Substraten 8 erzeugen.
Fig. 9 zeigt verschiedene Varianten eines ersten Mittels zum weiteren Zerstäuben des Beschichtungsmaterials, das auf Hochspannung legbar ist. In Fig. 9 ist eine Zellenradschleuse 10 dargestellt, die auf einer Achse 24 gelagert ist und sich in Richtung des Pfeiles C drehen kann. Eine derartige Zellenradschleuse kann statt der in den vorigen Beispielen beschriebenen rotierenden Bürsten eingesetzt werden.
In Fig. 9B ist ein rotierendes Drahtge lecht 10 dargestellt, das eine Mittelachse 24 und daran angeordnet ein Drahtgeflecht aus Drähten 25 aufweist. Dieses Drahtgeflecht kann sich ebenfalls um die Längsachse der Welle 24 in Richtung des Pfeiles C drehen.
In Fig. 9C ist eine Leistenbürste 10 dargestellt, die ebenfalls eine Welle 24 als Lagerachse mit daran angeordneten Bürstenhaaren 26 aufweist. Diese Leisten- bürste 10 kann nun in Richtung des Pfeiles C hin und her bewegt werden, d. h. vibrieren. Durch eine derartige Vibrationsbewegung wird derselbe Zerstäubungseffekt erzielt, wie er in den vorigen Beispielen für eine rotierende Bürste dargestellt wurde. Auch diese Leistenbürste 10 ist an Hochspannung anlegbar, um eine elektrostatische Aufladung des zerstäubten Pulvers zu erzielen.
In Fig. 9D ist ein in Pfeilrichtung C um die Längsachse einer Welle 24 rotierbare Bürste 10 aus Stahlwolle 27 dargestellt. Das Stahlwollegeflecht 27 umgibt dabei die Welle 24 anstelle von Bürstenhaaren und erzeugt denselben Zerstäubungseffekt wie eine Bürste mit Haaren.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Beschichtung eines Substrates (8) mit einem flüssigen oder partikulären Beschichtungsmaterial (5,9) mit einer TransportVorrichtung (12, 14, 15) für ein flaches Substrat (8) und einer Zerstäubungsvorrichtung (1) zum Zerstäuben eines flüssigen oder partikulären Beschichtungsmaterials (5,9), wobei die Zerstäubungsvorrichtung (1) einen Auslaß (6) für das zerstäubte Beschichtungsmaterial (5,9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Auslaß (6) der Zerstäubungsvorrichtung (1) und der Transportvorrichtung (12, 14, 15) mindestens ein elektrisch leitfähiges und/oder-.halbleitfähiges erstes Mittel (10) zum weiteren Zerstäuben des Beschichtungsmaterial (5,9) angeordnet ist, das an Hochspannung legbar bzw. gelegt ist.
2. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungsvorrichtung (1) ein Fluidisierbehälter (1) ist.
3. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidisierbehälter (1) und/oder das erste Mittel (10) schräg zu der Transportrichtung in der Ebene der Transportvorrichtung (12, 14, 15), des Substrates (8) bzw. zu der Vorder - und/oder Rückkante des Substrates (8) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidisierbehälter (1) als Auslaß (6) mindestens eine Ausrieselöffnung aus dem Fluidbett oder aus dem Bereich (4) oberhalb des Fluidbettes aufweist .
5. Vorrichtung nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Fluidisierungsbehälters oberhalb des Fluidbetts mindestens ein weiteres Mittel (7) zur Zerstäubung des Beschichtungsmaterials (5) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine weitere Mittel (7) zumindest bereichsweise in das Fluidbett eintaucht .
7. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch, gekennzeichnet, dass das mindestens eine srste" ühd/oder" weitere Mittel (i0~,'7) eine drehbare oder sich drehende Vorrichtung ist.
8. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste und/oder weitere Mittel (10,7) eine Bürste, ein Zellenrad, ein Geflecht aus einer elektrisch leitenden und/oder halbleitenden Material und/oder ein Körper aus Stahlwolle ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste und/oder weitere Mittel (10,7) eine in Schwingungen versetzbare oder schwingende Vorrichtung ist .
10. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste und/oder weitere Mittel (10,7) eine Leistenbürste, ein Geflecht aus Metall, leitfähigem oder halbleitfähigem Kunststoff und/oder Keramik und/oder ein Körper aus Stahlwolle ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder weitere Mittel (10, 7) als elektrisch leitfähiges und/oder halbleitfahiges Material Draht, Stahlwolle, Keramik und/oder Kunststoff aufweist .
12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige und/oder halbleitfähige Material einen Durchgangswiderstand ≤ 1011 Ω aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste und/oder weitere Mittel (10,7) elektrisch isoliert gelagert ist und mit einer Hochspannungsquelle verbindbar bzw. verbunden ist .
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste und/oder weitere Mittel (10,7) zwei gleichsinnig oder gegensinnig drehbare Bürsten aufweist, die das Beschichtungsmaterial (5,9) zwischen sich zerstäuben.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zerstäubungsvorrichtung (1) und dem ersten Mittel (10) eine Transfervorrichtung vorgesehen ist zum Transport des Beschichtungsmaterials (5,9) von der Zerstäubungsvorrichtung (1) zu dem ersten Mittel (10) .
16. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Transfervorrichtung eine Transferwalze und/oder ein Transferband aufweist .
17. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Transferwalze und/oder das Transferband ein halbleitfahiges und/oder isolierendes Material aufweist oder daraus besteht .
18. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das halbleitfähige und/oder isolierende Material einen Durchgangswiderstand > 107 Ω, vorzugsweise zwischen 107 und 1018 Ω, vorzugsweise zwischen 109 und 1018 Ω aufweist .
19.- Vorr.-Lcht-ung nach einem der Ansprüche -15- bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Transfervorrichtung in einen Fluidisierbehälter (1) in den Raum oberhalb des Fluidbettes und/oder in das Fluidbett eintaucht .
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem ersten Mittel (10) abgewandten Seite der Transportvorrichtung (12, 14, 15) und/oder des Substrates (8) eine Elektrode angeordnet ist.
21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Mittel (10) und der Transportvorrichtung (12, 14, 15) und/oder dem Substrat (8) eine Drahtelektrode angeordnet ist.
22. Verfahren zur Beschichtung eines Substrates (8) mit einem flüssigen oder partikulären Beschichtungsmaterial (5,9), dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (5,9) zerstäubt und anschließend mittels mindestens einem hochspannungsführenden rotierenden und/oder schwingenden ersten Mittel (10) weiter zerstäubt und auf das Substrat (8) aufgebracht wird.
23. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an das mindestens eine erste Mittel (10) eine Spannung zwischen 1 kV und 500 kV, vorteilhafterweise zwischen 5 kV und 100 kV angelegt wird.
24. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Mittel (10) eine rotierende Bürste, Zellenrad, Geflecht aus elektrisch leitendem und/oder halbleitendem Material, beispielsweise Metall,, Draht, Kunststoff und/oder Keramik und/oder ein Körper aus Stahlwolle verwendet wird.
25. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende und/oder halbleitende Material einen Durchgangswiderstand ≤ 1011 Ω aufweist.
26. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel (10) mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 500 U/s, vorteilhafterweise von 1 U/s bis 100 U/s, vorteilhafterweise von 5 U/s bis 20 U/s gedreht wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Mittel (10) eine vibrierende Leistenbürste, Geflecht aus elektrisch leitendem und/oder halbleitendem Material, beispielsweise Metall, Draht, Kunststoff und/oder Keramik, und/oder ein Körper aus Stahlwolle verwendet wird.
28. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende und/oder halbleitende Material einen Durchgangswiderstand ≤ 1011 Ω aufweist.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (5,9) bereits in der ZerstäubungsVorrichtung (1) elektrostatisch aufgeladen wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (5,9) aus der Zerstäubungsvorrichtung auf eine Transportvorrichtung (12, 14, 15) und/oder das mindestens eine erste Mittel (10) ausgerieselt wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (5,9) von der Zerstäubungsvorrichtung zu dem ersten Mittel (10) durch eine Transfervorrichtung transportiert wird.
32. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Transfervorrichtung eine Transferwalze und/oder ein Transferband verwendet wird.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (8) unter einem Winkel ≠ 0 gegenüber der Rotationsachse oder Längsachse des mindestens einen ers- ten Mittels (10) an dem mindestens einen ersten Mittel (10) vorbeigeführt wird.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 verwendet wird.
35. Verwendung einer Vorrichtung und/oder eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Beschichtung von flachen Materialien mit fluiden, flüssigen und/oder partikulären Be- schichtungsmaterialien.
36. Verwendung nach dem vorhergehenden Anspruch zur Beschichtung von Substraten (8) mit Pulver, Pulverlack, Schleifkörn, Schleifkörn auf Papier und/oder Kunststofffolie, Lδtpulver, Lötpulver auf Strangpressmaterialien, Flüssigkeiten, Nasslack und dergleichen.
37τ- Verwendung nach- einem der beiden vorher-gehenden Ansprüche zur Beschichtung von Bandmaterial, Stahl- und/oder Aluminium-Bandmaterial, Metall- und/oder Kunststofffolien, Papierbahnen, Tapeten, Platinen, Blechplatinen, Strangpressmateri- alen, Profile, Rohre, Platten, Kunststoffplatten, Holz- und/oder Holzwerkstoffplatten, mitteldichten Faserplatten, hochdichten Faserplatten, steinwollebasierende Akustikdämmplatten, mit oder ohne KantenbeSchichtung
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