DE10141413B4

DE10141413B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Applikation von Lacken mit energetisch initiierter Aushärtung

Info

Publication number: DE10141413B4
Application number: DE2001141413
Authority: DE
Inventors: Fritz Dannenhauer
Original assignee: Individual
Current assignee: DANNENHAUER, FRITZ, DR., 79686 HASEL, DE
Priority date: 2001-08-23
Filing date: 2001-08-23
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2021-08-24
Also published as: DE10141413A1

Abstract

Verfahren zur Applikation eines Lackes mit energetisch initiierter Aushärtung auf eine Oberfläche, wobei die Applikation und die Initiierung der Aushärtung innerhalb eines kurzen Zeitraums mittels eines Roboters erfolgen soll, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikation und die Initiierung der Aushärtung derart durchgeführt werden, dass die Initiierung im Wesentlichen erst beim Auftreffen des Lackes auf der Oberfläche beginnt, derart,
i. dass die Applikation durch Sprühen erfolgt,
ii. dass die Initiierung durch Bestrahlung erfolgt,
wobei Lacksprühstrahl und Initiierungsstrahl derart versetzt ausgerichtet werden, dass sich beide erst kurz vor oder auf der Oberfläche treffen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Applikation von Lacken mit energetisch initiierter Aushärtung gemäß der Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 8. Ein solches Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind bereits aus [1] bekannt.
Die Lackierung von Oberflächen findet in fast allen Industriebereichen umfangreiche Anwendung. Problematisch ist bei flüssigen Komponenten jedoch deren Aushärtzeit, so daß bereits energetisch beschleunigte Aushärtverfahren, z.B. mittels UV-Strahlen, vorgeschlagen wurden. Die hierzu erforderliche zusätzliche Energie hat den Einsatz derartiger Verfahren jedoch bisher auf wenige qualitativ hochwertige Produkte mit einfachen Oberflächengeometrien beschränkt. Dabei handelt es sich um flächige Produkte, z.B. Hochglanz-Druckerzeugnisse oder Holzlackierungen, die nach der Applikation eines Lackes einfach unter einer UV-Lichtquelle hindurch geführt werden. Bei Produkten komplexerer Topologie ergeben sich dabei aber Probleme durch Abschattungen.

Aus der DE 199 36 730 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen eines Kunststoffstranges auf eine Unterlage bekannt. Der Kunststoffstrang wird mittels eines Roboters auf eine Unterlage aufgetragen und durch UV-Bestrahlung zum Verfestigen aktiviert. Der Verfestigungsvorgang soll möglichst schnell ohne Blasenbildung stattfinden. Dazu wird das Kunststoffmaterial bereits vor dem Austritt aus der Auftragdüse aktiviert und zusätzlich entlang der Bewegungsbahn des Roboters geheizt. Darüber hinaus erfolgt die Aktivierung auch noch wenn der Kunststoffstrang bereits auf der Oberfläche aufgetragen wurde, und zwar durch eine nachgeführte UV-Bestrahlung. Dieses Verfahren eignet sich nicht für die Lackapplikation.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Applikation von Lacken mit energetisch initiierter Aushärtung anzugeben, welche auch für die Lackierung von Produkten komplexer Topologie geeignet sind, und deren Bedarf an Zeit und Energie verhältnismäßig gering ist. Unter Applikation ist das Aufbringen des Lackes auf eine Oberfläche zu verstehen, beginnend ab Austritt des Lackes aus der Spitzdüse.

Die Erfindung ist in Bezug auf das zu schaffende Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens (Patentansprüche 2 bis 7. Die Erfindung ist in Bezug auf die zu schaffende Vorrichtung durch die Merkmale des Patentanspruchs 8 wiedergegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthalten die Patentansprüche 9 bis 13.

Beim Verfahren wird ein Lack mit energetisch initiierter Aushärtung auf eine Oberfläche appliziert, wobei die Applikation und die Initiierung der Aushärtung innerhalb eines kurzen Zeitraums gemeinsam mittels eines Roboters erfolgen.

Vorteilhaft ist hier einerseits, daß der Roboter in der Lage ist, den Lack auch auf Oberflächen komplexerer Topologie gleichmäßig zu applizieren. Die Problematik der Abschattungen tritt somit nicht mehr auf. Durch die hohe Beweglichkeit des Roboters kann ein optimaler Abstand zwischen der Spritzdüse und der Oberfläche auch bei komplexer Topologie und somit ein gleichmäßiger Lackauftrag eingehalten werden. Ferner kann bei Bedarf die Lackstrahlbreite durch Öffnen oder schließen der Spritzdüse variert werden und so der Lack ggf. pulsierend und definiert aufgetragen werden.

Andererseits erfolgen die Applikation und die Initiierung der Aushärtung innerhalb eines kurzen Zeitraums, also quasi in einem Arbeitsschritt, wodurch der Gesamtzeitraum für das Lackierverfahren reduziert und somit optimiert wird. Wesentlich ist hierbei, daß die Initiierung der Aushärtung des Lackes nicht deutlich vor dem Auftreffen des Lackes auf der Oberfläche erfolgt, da in diesem Fall der Lack dann bereits teilweise ausgehärtet sein könnte und somit nicht mehr ausreichend niedrig viskos sein könnte, um eine gleichmäßige Verteilung des Lackes auf der Oberfläche zu gewährleisten.

Um das zu erreichen, werden die Applikation und die Initiierung der Aushärtung beispielsweise derart durchgeführt, daß die Initiierung im wesentlichen erst beim Auftreffen des Lackes auf einer Oberfläche des Substrates beginnt. Beispielsweise wird der Lack mittels einer Spritzdüse auf die Oberfläche gesprüht und dessen Aushärtung, z.B. durch UV-Bestrahlung, wird dann erst auf oder kurz vor der Oberfläche initiiert, wobei der UV-Strahler derart versetzt am Roboter angeordnet ist, daß sich Lackstrahl und UV-Strahl erst auf oder kurz vor der Oberfläche des Substrates treffen. Der Zeitraum zwischen Initiierung und Auftreffen würde hier also nur Sekundenbruchteile betragen.

Eine zweite Möglichkeit besteht darin, daß die Applikation und die Initiierung in alternierenden Pulsen erfolgen. Dabei können beide Strahlen (Lack und energetische Bestrahlung) gleichgerichtet oder auch versetzt ausgerichtet sein. Der Zeitraum zwischen Initiierung und Applikation kann auch hier Sekundenbruchteile betragen oder aufgrund der höheren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Bestrahlung auch nahezu gleichzeitig erfolgen. Die Initiierung des Lacks erfolgt dadurch kurz vor oder erst beim oder kurz nach dem Auftreffen des Lacks auf der Oberfläche.

Eine dritte Möglichkeit besteht darin, daß die Applikation und die Initiierung gleichzeitig erfolgen, wobei ein phlegmatisierter, d.h. zeitlich begrenzt am Aushärten gehinderter, Lack verwendet wird, derart, daß der Lack beim Auftreffen auf das Substrat noch ausreichend niedrige Viskosität aufweist, um eine gleichmäßige Verteilung zu gewährleisten.

Die Phlegmatisierung kann z.B. durch Verwendung von mikroverkapselten Bestandteilen erfolgen, die in der Lackformulierung enthalten sind und sie zeitlich begrenzt vor der Initiierung schützen, bis sie infolge ihres Fluges durch eine Strahlenzone und/oder bis sie infolge ihres Aufpralls auf dem Substrat zerstört werden und die dann die in ihnen befindlichen Lackbestandteile freigeben und sie der Initiierung aussetzen. Die Initiierung selbst kann nach einer der vorstehend beschriebenen Methoden erfolgen.

Eine zweite Möglichkeit zur Phlegmatisierung des Lackes besteht in der Verlängerung seiner Aushärtzeit, z.B. durch Veränderung der Reaktionskinetik einer energetisch initiierten Polymerisation der Lackbestandteile.

Die energetische Initiierung kann mittels beliebiger Bestrahlung ausreichender Energie erfolgen. Aus Gründen der Betriebssicherheit sind insbesondere UV-, IR-Strahlung und Elektronenstrahlung vorteilhaft.

Die Aufgabe wird bezüglich der zu schaffenden Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie eine Einrichtung zur Applikation des Lackes auf ein Substrat und eine Einrichtung zur Emission von Energie enthält, wobei beide Einrichtungen auf einem Roboter montiert sind und in einem Arbeitsschritt betreibbar sind.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die gleichen, die bereits als Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgezählt wurden. Wesentlich ist wieder die Gewährleistung einer ausreichend späten Initiierung der Aushärtung, um eine gleichmäßige Lackierung zu ermöglichen.

Eine erste Möglichkeit hierzu besteht darin, die Einrichtung zur Emission von Energie derart auszurichten, daß im wesentlichen erst beim Auftreffen des Lackes auf einer Oberfläche des Substrates dem Lack Energie zugeführt wird. Hierzu können die Strahlengänge von Lack und Energie beispielsweise derart räumlich versetzt ausgerichtet werden, daß sie sich erst auf oder kurz vor der Oberfläche des Substrates schneiden oder derart, daß der Energiestrahl der Auftreffläche des Lackstrahls auf der Oberfläche des Substrats nachfolgt.

Eine zweite Möglichkeit besteht darin, der Vorrichtung eine Regeleinrichtung beizugeben, mittels derer die Einrichtung zur Applikation und die Einrichtung zur Emission in alternierenden Pulsen betreibbar sind, derart daß im wesentlichen erst beim Auftreffen des Lackes auf einer Oberfläche des Substrates dem Lack Energie zugeführt wird.

Eine dritte Möglichkeit besteht darin, der Vorrichtung eine zweite Einrichtung zur Emission von Energie beizugeben, die nicht in gleicher Richtung zu den beiden anderen Einrichtungen ausgerichtet ist und die auf einen Bereich gerichtet ist, der einen Teil der Flugbahn der Lackpartikel beinhaltet, der sich kurz vor dem Auftreffpunkt auf das Substrat befindet.

Mittels dieser zweiten Einrichtung können beispielsweise Mikrokapseln, die den Lack enthalten, infolge der energetischen Bestrahlung soweit geschwächt werden, daß sie beim Aufprall auf die Oberfläche des Substrates platzen und wesentliche Lackbestandteile freigeben. Dies erlaubt einen kontinuierlichen, gleichzeitigen Betrieb von Lackstrahl und Initiierstrahl, da der Lack bis zum Auftreffen auf der Substratoberfläche durch die Wandung der Mikrokapseln vor der Initiierung geschützt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren erweisen sich als besonders geeignet für die schnelle Lackierung von Karosserien.

Die Erfindung ist aber nicht auf die Verwendung bei der Lackierung von Karosserien beschränkt, sondern auf beliebige Oberflächen mit insbesondere komplexer aber auch einfacher Topologie übertragbar. Bei einfacher Topologie kann jedoch anstelle des Roboters auch ein stationäres System verwendet werden.

Literatur

[1] „Bald Lack ohne Kratzer" in „besser Lackieren – Die Oberflächen-Zeitung", Nr. 9, 19. Mai 2000

Claims

Verfahren zur Applikation eines Lackes mit energetisch initiierter Aushärtung auf eine Oberfläche, wobei die Applikation und die Initiierung der Aushärtung innerhalb eines kurzen Zeitraums mittels eines Roboters erfolgen soll, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikation und die Initiierung der Aushärtung derart durchgeführt werden, dass die Initiierung im Wesentlichen erst beim Auftreffen des Lackes auf der Oberfläche beginnt, derart, i. dass die Applikation durch Sprühen erfolgt, ii. dass die Initiierung durch Bestrahlung erfolgt, wobei Lacksprühstrahl und Initiierungsstrahl derart versetzt ausgerichtet werden, dass sich beide erst kurz vor oder auf der Oberfläche treffen.
Verfahren zur Applikation eines Lackes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikation und die Initiierung in alternierenden Pulsen erfolgen.
Verfahren zur Applikation eines Lackes nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikation und die Initiierung gleichzeitig erfolgen, wobei ein phlegmatisierter Lack verwendet wird, derart, dass der Lack beim Auftreffen auf ein Substrat noch ausreichend niedrige Viskosität aufweist, um eine gleichmäßige Verteilung zu gewährleisten.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phlegmatisierung durch Verwendung von Mikrokapseln erfolgt, die den Lack enthalten und ihn zeitlich begrenzt vor der Initiierung schützen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phlegmatisierung des Lackes erfolgt, durch Verlängerung seiner Aushärtzeit infolge veränderter Reaktionskinetik einer energetisch initiierten Polymerisation.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine energetische Initiierung mittels UV-Strahlung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine energetische Initiierung mittels IR- oder Elektronen-Strahlung erfolgt.
Vorrichtung zur Applikation eines Lackes mit energetisch initiierter Aushärtung enthaltend – eine Einrichtung zur Applikation des Lackes auf ein Substrat – eine Einrichtung zur Emission von Energie, – die beide auf einem Roboter montiert und in einem Arbeitsschritt betreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, i. dass die Einrichtung zur Applikation als Lacksprüheinrichtung ausgebildet ist, ii. dass die Einrichtung zur Emission als Bestrahlungseinrichtung ausgebildet ist, iii. dass beide Einrichtungen derart ausgerichtet sind, iv. dass im Wesentlichen erst beim Auftreffen des Lackes auf einer Oberfläche des Substrates dem Lack Energie zugeführt wird.
Vorrichtung zur Applikation eines Lackes nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Regeleinrichtung enthält, mittels derer die Einrichtung zur Applikation und die Einrichtung zur Emission in alternierenden Pulsen betreibbar sind.
Vorrichtung zur Applikation eines Lackes nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite Einrichtung zur Emission von Energie enthält. – die nicht in gleicher Richtung zu den beiden anderen Einrichtungen ausgerichtet ist, – die auf einen Bereich gerichtet ist, der einen Teil der Flugbahn der Lackpartikel beinhaltet, der sich kurz vor dem Auftreffpunkt auf das Substrat befindet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung zur Emission einen UV-Strahler enthält.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung zur Emission einen IR-Strahler enthält.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung zur Emission einen Elektronen-Strahler enthält.
Verwendung eines Verfahrens oder einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Lackierung einer Karosserie.