DE102019114105A1

DE102019114105A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken

Info

Publication number: DE102019114105A1
Application number: DE102019114105.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Sturm
Original assignee: Homag GmbH
Current assignee: Homag GmbH
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2020-12-03
Also published as: WO2020239741A1; EP3976330A1

Abstract

Verfahren zum Aktivieren einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterial, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen einer durch Energieeintrag haftend machbaren Funktionsschicht, Zuführen eines Beschichtungsmaterials zu einem zu beschichtenden Werkstück, zumindest teilweises Aktivieren der Funktionsschicht durch Begasen der Funktionsschicht mit einem erwärmten Gas, wobei das erwärmte Gas mit Wasser angereichert und bevorzugt mit Wasser angereicherte Luft ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit einer Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken, die bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder dergleichen bestehen, mit einem Beschichtungsmaterial unter Einsatz von Gas.
Stand der Technik
Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art kommen im Stand der Technik verbreitet zum Einsatz, insbesondere im Bereich der Möbel- und Bauelementeindustrie. Dabei ist es üblich, mit einem Kleber vorbeschichtetes Beschichtungsmaterial, wie beispielsweise Kanten, zu einem Werkstück zuzuführen, den Kleber aufzuschmelzen und das Beschichtungsmaterial mit dem Werkstück zu verkleben. Zum Aufschmelzen des Klebers kommen unterschiedlichste Mittel zum Einsatz, wie beispielsweise Heizelemente jeglicher Art.
Allerdings hat sich gezeigt, dass diese traditionellen Verfahren nur begrenzte Fertigungsgeschwindigkeiten zulassen.
Vor diesem Hintergrund wurden in den letzten Jahren unterschiedlichste, neuartige Energiequellen erforscht und zur Marktreife gebracht, um den Kleber zwischen Werkstück und Beschichtungsmaterial zu aktivieren. So offenbart beispielsweise die EP 1 800 813 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichtung von Bauteilen unter Einsatz eines Lasers. Alternativ haben sich jedoch auch andere Technologien entwickelt, wie beispielsweise der Einsatz von Plasma oder Ultraschall zur Aktivierung des Klebers (vgl. beispielsweise WO 2010/009805 ). Hinzu kommt, dass sich auch bei der Klebeverbindung selbst Fortschritte ergeben haben, denn häufig kommt anstelle eines reinen Schmelzklebers eine (häufig auch auf Schmelzkleber basierende) Funktionsschicht zum Einsatz, die sehr präzise in derselben Farbe wie das Beschichtungsmaterial eingefärbt und daher im gefügten Zustand kaum sichtbar ist. Dies lässt beim Betrachter den Eindruck entstehen, es handle sich um eine „fugenlose“ Verbindung.
Eine dieser neuen Technologien zum „fugenlosen“ Verbindung ist das Aktivieren der Funktionsschicht mit Hilfe von Heißluft. Derartige Technologien werden beispielsweise in der EP 2799793 B1 und in der EP 2902160 B1 offenbart.
Diese neueren Technologien eignen sich auch für hohe Produktionsgeschwindigkeiten. Allerdings erfordern die neueren Technologien eine aufwendige Konstruktion und vergleichsweise hohe Investitionskosten, insbesondere für die Energiequellen zum Aktivieren der Funktionsschicht wie etwa Laser oder Plasmatechnologie. Darüber hinaus ist je nach Energiequelle meist eine maßgeschneiderte Funktionsschicht erforderlich, was ebenfalls zusätzlichen Aufwand mit sich bringt.
Andererseits sind die Möglichkeiten der Erwärmung mittels Heißluft begrenzt durch den möglichen maximalen Energieeintrag in die Funktionsschicht bzw. das Beschichtungsmaterial, was zu begrenzten Fertigungsgeschwindigkeiten führt. Diesbezüglich kann der Energieeintrag durch eine Erhöhung der Temperatur der Luft nicht beliebig erhöht werden, da sonst Desintegrationsprozesse an der Funktionsschicht bzw. dem Beschichtungsmaterial Material auftreten, bis hin zu der Gefahr eines Brandes davon.
Darstellung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die bei einfacher Konstruktion und geringen Investitionskosten eine Fügeverbindung zwischen einem Beschichtungsmaterial und einem Werkstück mit hohen Fertigungsgeschwindigkeiten ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 7 gelöst. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, mit einer vergleichsweise einfachen Energiequelle zum Aktivieren einer haftend machbaren Funktionsschicht zu arbeiten und diese derart effektiv einzusetzen, dass auch die heutigen Anforderungen an eine hochwertige Fügeverbindung und einen wirtschaftlichen Produktionsvorgang erfüllt werden.
Zu diesem Zweck ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass die Funktionsschicht durch Begasen mit einem erwärmten Gas zumindest teilweise aktiviert wird, wobei das erwärmte Gas in einem Anreicherungsschritt mit Wasser angereichert ist wie etwa mit Wasser angereicherte Luft.
Physikalischer Hintergrund ist hierbei zum Einen, dass die spezifische Wärmekapazität von Gasen wie etwa Luft mit einem höheren Wassergehalt größer ist als die spezifische Wärmekapazität von Luft mit einem niedrigeren Wassergehalt.
Weiterhin ist auch der Wärmeleitkoeffizient von Gasen wie etwa Luft mit einem höheren Wassergehalt größer als der Wärmeleitkoeffizient von Luft mit einem niedrigerem Wassergehalt.
Weiterhin verbessert sich dadurch der Wärmeübergang auf das zu erwärmende Bauteil.
Somit kann unter Verwendung von erwärmtem Gas, das mit Wasser angereichert ist, bei einfacher Konstruktion und geringen Investitionskosten eine Fügeverbindung zwischen einem Beschichtungsmaterial und einem Werkstück mit hohen Fertigungsgeschwindigkeiten durch das entsprechende Verfahren bzw. die entsprechende Vorrichtung ermöglicht werden.
Beispielsweise kann damit mit weniger Temperatur die gleiche Wärme-Energie auf die Kantenmaterial-Funktionsschicht übertragen werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Aktivieren einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials weist dabei die folgenden Schritte auf. Bereitstellen einer durch Energieeintrag haftend machbaren Funktionsschicht, Zuführen eines Beschichtungsmaterials zu einem zu beschichtenden Werkstück, Anreichern eines Gases, das bevorzugt Luft ist, mit Wasser, Erwärmen des Gases, zumindest teilweises Aktivieren der Funktionsschicht durch Begasen der Funktionsschicht mit dem Gas.
Bevorzugt wird bei diesem Verfahren das erwärmte Gas über mindestens eine Austrittsöffnung an die Funktionsschicht abgegeben.
Mittels des Abgebens des erwärmten Gases an die Funktionsschicht über eine Austrittsöffnung kann dabei sichergestellt werden, dass das erwärmte Gas ortsnah an der Funktionsschicht erwärmt werden kann.
Weiter bevorzugt weist das Gas im Bereich der mindestens einen Austrittsöffnung eine Temperatur von mindestens 150°C, bevorzugt mindestens 250°C auf und/oder eine absolute Luftfeuchte von mindestens 4 g Wasser/kg Luft, bevorzugt von mindestens 14 g Wasser/kg Luft.
Durch diese bevorzugten Werte kann ein besonders effizientes Aktivieren der Funktionsschicht ermöglicht werden.
Noch weiter bevorzugt weist die die Funktionsschicht Mittel zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit wie insbesondere niederschmelzende Polyolefine und/oder Metallpartikel auf.
Durch die Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit des Beschichtungsmaterials kann eine schnellere und somit effektivere Aktivierung davon erreicht werden.
Durch die Verbesserung des Wärmeübergangs kann darüber hinaus die Funktionsschicht effizienter erwärmt werden.
Weiter bevorzugt kann der Volumenstrom des Gases geregelt werden.
Über eine Regelung des Volumenstroms des Gases kann es dabei ermöglicht werden, den Energieeintrag in die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials auf ein optimales Level zu bringen.
Noch weiter bevorzugt kann dabei der Wasseranteil im Gas geregelt werden.
Über den Wasseranteil des Gases lässt sich dabei die mögliche Rate der Wärmeübertragung bestimmen. Somit bietet sich auch der Wasseranteil des Gases als Regelgröße für den Energieeintrag in die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials an.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Funktionsschicht im Wesentlichen frei von Absorbern für Laserlicht oder andere Strahlungsquellen.
Derartige Absorber sind relativ kostenintensiv, durch das Weglassen kann somit ein besonders kostengünstiges Verfahren bereitgestellt werden.
Insbesondere bevorzugt ist weiterhin, dass das Verfahren das zu dem Beschichtungsmaterial zugeführte Gas zumindest teilweise rekuperiert und zumindest mittelbar, insbesondere über einen Wärmetauscher, zur Erwärmung des zugeführten Gasstromes nutzt.
Die Schaffung eines derartigen Energiekreislaufes ermöglicht die Reduktion des Energieverbrauchs des Verfahrens, weil somit weniger Abwärme entsteht.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine Vorrichtung zum Aktivieren einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials bereit, die aufweist: mindestens eine Austrittsöffnung zum Zuführen eines erwärmten Gases zu der Funktionsschicht, und mindestens eine Gasquelle zum Bereitstellen des erwärmten Gases zu der mindestens einen Austrittsöffnung, wobei die Gasquelle derart ausgestaltet ist, erwärmtes Gas bereitzustellen, das mit Wasser angereichert ist und bevorzugt mit Wasser angereicherte Luft ist.
Bevorzugt weist dabei die Gasquelle einen Verdampfer auf, der ausgestaltet ist, flüssiges Wasser in einen dampfförmigen Zustand zu versetzen und somit das Gas in der Gasquelle damit anzureichern.
Dabei können verschiedene technische Arten eines Verdampfers verwendet werden. Neben der Verdampfer-Technik bietet sich hier auch die Technologie der Einspritzung an. Dies ist abhängig von den technischen Rahmenbedingungen.
Ergänzend gibt es verschiedene Applikations-Arten, den Volumenstrom des Gases zu regeln, und damit insbesondere die Energiemenge optimal auf das aktuell im Beschichtungs-Prozess benötigte Maß einzustellen.
Weiter bevorzugt ist eine derartige Vorrichtung ausgestaltet, mit einem Verfahren wie vorhergehend dargestellt betrieben zu werden.
Weiter bevorzugt ist eine Einheit zum Regeln des Volumenstroms in oder an der Vorrichtung angeordnet.
Wie zuvor dargestellt lässt sich mittels einer Einheit zum Regeln des Volumenstroms ein genauer Energieeintrag in in die Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials darstellen.
Noch weiter bevorzugt ist dabei eine Eispritzdüse zum Beimischen von Wasser integriert.
Eine Einspritzdüse zum Beimischen von Wasser in das Gas kann dabei verwendet werden, um das Gas zu befeuchten.
Bevorzugt ist ein Mischventil zum Regeln der Luft- und Wasser-Anteile in der Vorrichtung enthalten.
Mischventile haben sich dabei bewährt, verschiedene (befeuchtete) Gasströme miteinander zu vermischen.
Weiter bevorzugt ist ein Wärmetauscher zum Zurückgewinnen von Wärmeenergie aus dem verbrauchten Gas in das zugeführte Gas oder das zugeführte Wasser in der Vorrichtung enthalten.
Wärmetauscher können dabei helfen, Abwärme zu verringern und somit eine günstigere Energiebilanz zu erreichen. Dabei wird das Luft/Wasser-Mediums im Bereich der Erwärmungsstelle des Kantenmaterials wiederaufgenommen, also an dem Bereich, an dem auch die primäre Nutzung des Luft/Wasser-Mediums stattgefunden hat.
Das wiederaufgenommene Luft/Wasser-Medium kann weiterhin mittels eines Kondensat-Abscheiders (nicht dargestellt) behandelt werden, so dass die Luft getrocknet wird.
Bevorzugt wird eine übergeordnete Regelung verwendet, die jeweils optimale Wärmeenergie an der Gas-Austrittsöffnung einstellt.
Eine Regelung der optimalen Temperatur an einem Arbeitspunkt kann mittels zumindest eines Sensors vorgenommen werden, der insbesondere ein Luftfeuchtigkeitssensor, Temperatursensor, Drucksensor und/oder ein Volumenstromsensor ist. Dieser zumindest eine Sensor ist dabei insbesondere an der Gas-Austrittsöffnung (20), an der Gas-Zuführung oder an der Wasser-Zuführung angeordnet.
Somit wird erreicht, dass die gemessene Temperatur, die zur Regelung verwendet wird, auch eine Temperatur ist, die einer Sollgröße des Prozesses entspricht.
Weiter bevorzugt ist die Vorrichtung ausgestaltet, Zustandsdaten des zumindest einen Sensors an eine externe Datenbank/Cloud zu übertragen.
Durch das Übertragen von Zustandsdaten an eine externe Datenbank/Cloud können diese zentral erfasst und kontrolliert werden.
Figurenliste

1 zeigt schematisch eine Draufsicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 zeigt schematisch ein Detail aus 1;
3 zeigt schematisch ein weiteres Detail aus 1.

Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Eine Vorrichtung 10 zum Beschichten von Werkstücken 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 1 schematisch in einer Draufsicht dargestellt. Obgleich die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Beschichten unterschiedlichster Werkstücke eingesetzt werden kann, dient sie vorzugsweise zum Beschichten von Werkstücken, die zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder dergleichen bestehen, wie sie im Bereich der Möbel-, Küchen- und Bauelemente-Industrie verbreitet zum Einsatz kommen. Dabei können beliebige Oberflächen wie Schmal- oder Breitflächen beschichtet werden.
Bei dem Beschichtungsmaterial 4 kann es sich ebenfalls um unterschiedlichste Materialien handeln, wobei vorzugsweise ein mit einer Funktionsschicht 4' versehenes Beschichtungsmaterial zum Einsatz kommt. Dabei kann die Funktionsschicht 4' auch integraler Bestandteil des Beschichtungsmaterials 4 sein, beispielsweise im Sinne eines koxtrudierten oder sogar vollständig monolytischen Beschichtungsmaterials. Alternativ oder zusätzlich ist es ebenso möglich, dass die Funktionsschicht 4' bereits auf der zu beschichtenden Oberfläche des Werkstücks vorgesehen ist und/oder auch separat in den Bereich zwischen Beschichtungsmaterial 4 und zu beschichtender Oberfläche des Werkstücks 2 zugeführt wird.
Die Funktionsschicht 4' entfaltet in der vorliegenden Ausführungsform durch Energieeintrag (wie beispielsweise Erwärmung) haftende Eigenschaften, so dass das Beschichtungsmaterial an das Werkstück gefügt werden kann. Die Verbundwirkung kann auch ganz oder teilweise auf anderen Mechanismen beruhen. Ferner kann die Funktionsschicht in der vorliegenden Ausführungsform Mittel zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit aufweisen, wie beispielsweise niederschmelzende Polyolefine und/oder Metallpartikel. Ferner ist es besonderes bevorzugt, dass die Funktionsschicht 4' im Wesentlichen frei von Absorbern für Laserlicht oder andere Strahlungsquellen ist.
Ferner umfasst die Vorrichtung 10 eine Andrückeinrichtung 14 zum Andrücken des Beschichtungsmaterials 4 an eine Oberfläche des Werkstücks 2, beispielsweise in Form einer oder mehrerer Andrückrolle(n). Die Zuführeinrichtung 12 zum Zuführen des Beschichtungsmaterials 4 ist in der vorliegenden Ausführungsform zumindest abschnittsweise thermisch isoliert.
Wie in 1 zu erkennen ist, umfasst die Vorrichtung 10 ferner eine Fördereinrichtung 16 zum Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen der Andrückeinrichtung 14 und dem jeweiligen Werkstück 2, wobei die Fördereinrichtung 16 in der in 1 gezeigten Ausführungsform als Durchlauffördereinrichtung (beispielsweise in Form einer Förderkette) ausgestaltet ist. Es ist jedoch zu beachten, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung auch als Stationärmaschine ausgestaltet sein kann, bei der die Werkstücke im Zuge des Beschichtungsvorgangs im Wesentlichen stationär sind und die Fördereinrichtung 16 zum Relativbewegen der Andrückeinrichtung 14 und anderer für den Beschichtungsvorgang relevanter Bauteile dient. Auch Kombinationen beider Konzepte sind möglich. Entscheidend ist die Möglichkeit einer Relativbewegung zwischen der Andrückeinrichtung 14 (bzw. ggf. weiteren Bauteilen) und dem jeweiligen Werkstück 2, ggf. in mehreren Raumrichtungen oder um einer oder mehrere Drehachsen. Hierfür können unterschiedlichste Einrichtungen zum Einsatz kommen, wie Förderbänder, Portale, aber auch Roboter und vieles anderes mehr.
Unmittelbar stromaufwärts der Andrückeinrichtung 14 ist im Bereich zwischen dem Beschichtungsmaterial 4 und der zu beschichtenden Oberfläche des Werkstücks 2 eine Aktivierungseinheit 20' vorgesehen, die in der vorliegenden Ausführungsform mehrere Austrittsöffnungen 20 zum Zuführen eines erwärmten Gases (bzw. Gasgemisches wie Luft) 6 zu der jeweiligen Funktionsschicht 4' aufweist. Je nach Lage der jeweiligen Funktionsschicht 4' bzw. auf dem Beschichtungsmaterial 4 oder dem Werkstück 2, sind die Austrittsöffnungen 20 entsprechend zu der Funktionsschicht 4' gerichtet. Dabei besitzen die Austrittsöffnungen 20 einen Abstand von höchstens 10 mm, bevorzugt höchstens 4 mm, beispielsweise ca. 2 mm von der jeweiligen Funktionsschicht 4'. Auch ist es möglich, dass die Aktivierungseinheit 20', wie in 1 angedeutet, in mehreren Richtungen entsprechende Austrittsöffnungen 20 aufweist, wobei die jeweiligen Austrittsöffnungen je nach Bedarf zu- und abgeschaltete werden können.
Die Austrittsöffnungen 20 der Aktivierungseinheit 20' stehen mit einer Gasquelle 22 in Verbindung. Die Gasquelle 22 stellt erwärmtes Gas 6 derart zu den jeweiligen Austrittsöffnungen 20 bereit, dass es mit Wasser angereichert und bevorzugt mit Wasser angereicherte Luft ist. Es hat sich herausgestellt, dass es besonders kompakt und kostengünstig ist, (gereinigte) Umgebungsluft zu verwenden und diese mit Wasser anzureichern im Sinne eines Befeuchtungsvorgangs. Hierfür kann ein Verdampfer vorgesehen sein, der etwa ein Dampfkessel, Dünnschichtverdampfer, Fallfilmverdampfer, Kesselverdampfer, Koaxialverdampfer, Naturumlaufverdampfer oder Zwangsumlaufverdampfer ist. Alternativ kann mit einem Einspritz-System Wasser in die (Heiß)Luft eingespritzt werden. Dies ist abhängig von den technischen Rahmenbedingungen.
Somit kann der Wassergehalt der Luft auf ein höheres Maß als die Umgebungsluft angehoben werden. Die Sättigungsmenge von Wasserdampf in Luft steigt mit steigender Temperatur der Luft an. Es ist somit technisch sinnvoll, in einem ersten Schritt in der Gasquelle eine Erhitzung der Luft, etwa mittels einer Elektroheizung vorzunehmen. Die so erhitzte Luft weist bei gleicher Wasserbeladung (absoluter Luftfeuchte) eine niedrigere relative Feuchte auf, so dass in einem nächsten Schritt die relative Feuchte erhöht werden kann.
Als technisch sinnvoll haben sich hierbei Temperaturen von 150°C und eine absolute Luftfeuchte von mindestens 4 g Wasser/kg Luft erwiesen und bevorzugt von 250°C und 14 g Wasser/kg Luft.
Eine mögliche Ausgestaltung der Aktivierungseinheit 20' ist in 2 schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Dabei zeigt 2 diejenige Seitenfläche der Aktivierungseinheit 20', die der zu aktivierenden Funktionsschicht 4' zugewandt ist.
Wie in 2 zu erkennen ist, weist die Aktivierungseinheit 20' in der vorliegenden Ausführungsform mehrere Austrittsöffnungen 20 auf, wobei das Gas im Bereich mindestens zweier Austrittsöffnungen 20 eine voneinander unterschiedliche Temperatur aufweisen kann. So ist es beispielsweise bevorzugt, dass die Temperatur des austretenden Gases in Richtung einer Relativbewegung zwischen Austrittsöffnungen 20 und zu aktivierender Funktionsschicht 4' d.h. im vorliegenden Falle in der Durchlaufrichtung (von links nach rechts in 2), ansteigt. Unabhängig hiervon können zumindest einzelne Düsen Mittel zur Anpassung an die Geometrie der zu aktivierenden Funktionsschicht aufweisen. Ferner können - unabhängig von den vorstehenden Ausgestaltungen - unterschiedlichste Düsengeometrien zum Einsatz kommen, wie rund, polygonal, elliptisch, etc.
Sensoren wie etwa Temperatursensoren, Luftfeuchtigkeitssensoren, Temperatursensoren, Drucksensoren und/oder Volumenstromsensoren können weiterhin an der Austrittsöffnung 20, an einem anderen Teil der Gaszuführung oder an der Wasserzuführung angeordnet sein. Somit kann erfasst werden, welche Temperatur das Gas oder Wasser hat, und diese Information kann weiterhin dafür benutzt werden, um zu steuern und/oder zu regeln, wie weit ein Beschichtungsmaterial erhitzt wird. Eine derartige Regelung kann auch darüber erfolgen, dass der Volumenstrom von verschiedenen Zuführungen von Gas und/oder Wasser angepasst wird, etwa wenn diese eine unterschiedliche Temperatur haben, was auch wiederum durch Temperatursensoren erfasst werden kann.
Zustandsdaten der oben dargestellten Sensoren können weiterhin von der Vorrichtung 10 an eine externe Datenbank/Cloud übermittelt werden. Dies kann mittels eines Datenträgersignals geschehen, das etwa über Ethernet, WLAN, Bluetooth oder 5G Netzwerke die Vorrichtung 10 mit der externen Datenbank/Cloud verbindet. So wird ein zentrales Sammeln der Daten ermöglicht, was eine weitere Analyse der Daten ermöglicht und so verbesserte Betriebsparameter ermöglichen kann.
Ferner können im Bereich einer oder mehrerer Austrittsöffnungen 20 der Vorrichtung 10 Mittel zur Bildung einer turbulenten oder auch laminaren Strömung beim Austritt des erwärmten Gases 6 vorgesehen sein. Obgleich in 2 nicht gezeigt, kann dies beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die jeweilige Austrittsöffnung 20 als Düse mit in Strömungsrichtung zumindest abschnittsweise veränderlichem Querschnitt ausgebildet ist.
Ferner kann, obgleich in 2 ebenfalls nicht gezeigt, im Bereich der Austrittsöffnung(en) 20 ein Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit und/oder geringer Wärmespeicherkapazität vorgesehen sein.
Eine bevorzugte, beispielhafte Ausgestaltung der Gasquelle 22 ist in 3 schematisch dargestellt. Die Gasquelle 22 weist in der vorliegenden Ausführungsform einen Wärmetauscherabschnitt 24 auf, der eingerichtet ist, zugeführtes Gas auf eine Temperatur von mindestens 450 °C, bevorzugt mindestens 6 00 °C zu erwärmen. Das Gesamtsystem ist derart abgestimmt, dass das Gas im Bereich der mindestens einen Austrittsöffnung 20 eine Temperatur von mindestens 300°C, bevorzugt mindestens 350°C aufweist.
Dabei kann der Wärmetauscherabschnitt 24 beispielsweise mindestens ein mit Hohlräumen versehenes, insbesondere poröses und/oder Hauptwerks-poriges und/oder mit Durchgangsöffnungen versehenes Wärmetauscherelement aufweisen, das mit der in 3 gezeigten Heizquelle in Verbindung steht. Das Wärmetauscherelement kann in der vorliegenden Ausführungsform zumindest abschnittsweise aus einem Material bestehen, das ausgewählt ist aus rostfreiem Sintermaterial, porösen Keramiken, Metallschaum, insbesondere Aluminiumschaum, und Kombinationen hiervon. Zur Rückgewinnung der Wärme kann auch ein Luft/Luft- oder Luft/Wasser-Wärmetauscher verwendet werden, bei dem die Wärmeenergie des gebrauchten Gases auf das neue Gas oder das zu verdampfende/zerstäubende Wasser übertragen werden kann.
Selbstverständlich können jedoch auch andere geeignete Materialien zum Einsatz kommen, insbesondere wenn sie eine hohe Wärmeleitfähigkeit und/oder eine hohe Wärmespeicherkapazität besitzen.
Wie in 3 zu erkennen ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ferner eine zweite Gasquelle aufweisen, die eingerichtet ist, stromaufwärts der mindestens einen Austrittsöffnung (ganz rechts in 3) Gas einzuspeisen, um den Druck des an der mindestens einen Austrittsöffnung austretenden Gases zu erhöhen.
Wie in 1 am besten zu erkennen ist, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ferner eine Abführeinrichtung 32, wie beispielsweise einen Auffangtrichter. Auf diese Weise lässt sich das zu der Funktionsschicht 4' zugeführte Gas zumindest teilweise abführen und vorzugsweise auch rekuperieren. Zu diesem Zweck kann, wie in 1 gezeigt ist, ein Wärmetauscher 30 stromabwärts der Abführeinrichtung 32 vorgesehen sein, mittels dessen die Abwärme des zu der Funktionsschicht 4' zugeführten Gases aufgefangen und beispielsweise zu der Gasquelle 22 als Wärmeenergie zurückgeführt werden kann.
Der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 vollzieht sich beispielsweise wie folgt. Ein zu beschichtendes Werkstück 2 wird mittels der Fördereinrichtung 16 in einer Förderrichtung (von links nach rechts in 1) gefördert. Synchron hierzu wird mittels der Zuführeinrichtung ein Beschichtungsmaterial 4 zugeführt. Die auf dem Beschichtungsmaterial und/oder Werkstück (oder separat) bereitgestellte Funktionsschicht wird mittels des aus den Austrittsöffnungen 20 austretenden erwärmten Gases 6 aktiviert, und zwar unmittelbar bevor das
Beschichtungsmaterial mittels der Andruckeinrichtung 14 an die zu beschichtende Oberfläche des Werkstücks 2 angedrückt wird. Dabei wird das Beschichtungsmaterial 4 mittels der aktivierten Funktionsschicht 4' an das Werkstück 2 gefügt.
Bezugszeichenliste

2: Werkstück
4: Beschichtungsmaterial
4': Funktionsschicht
6: Gas
10: Vorrichtung
12: Zufuhreinrichtung
14: Andrückeinrichtung
16: Fördereinrichtung
20: Austrittsöffnung
20': Aktivierungseinheit
22: Gasquelle
24: Wärmetauscherabschnitt
30: Wärmetauscher
32: Abführeinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1800813 [0004]
WO 2010/009805 [0004]
EP 2799793 B1 [0005]
EP 2902160 B1 [0005]

Claims

Verfahren zum Aktivieren einer Funktionsschicht (4') eines Beschichtungsmaterial (4), wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen einer durch Energieeintrag haftend machbaren Funktionsschicht (4'), Zuführen eines Beschichtungsmaterials (4) zu einem zu beschichtenden Werkstück (2), Anreichern eines Gases, das bevorzugt Luft ist, mit Wasser, Erwärmen des Gases, zumindest teilweises Aktivieren der Funktionsschicht (4') durch Begasen der Funktionsschicht (4') mit dem Gas (6).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gas (6) über mindestens eine Austrittsöffnung (20) an die Funktionsschicht (4') abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Gas im Bereich der mindestens einen Austrittsöffnung (20) eine Temperatur von mindestens 150°C, bevorzugt mindestens 250°C aufweist; und/oder eine absolute Luftfeuchte von mindestens 4 g Wasser/kg Luft, bevorzugt von mindestens 14 g Wasser/kg Luft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Funktionsschicht (41) Mittel zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit wie insbesondere niederschmelzende Polyolefine und/oder Metallpartikel aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Volumenstrom des Gases geregelt werden kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wasser-Anteil im Gas geregelt werden kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Funktionsschicht (41) im Wesentlichen frei von Absorbern für Laserlicht oder andere Strahlungsquellen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zu dem Beschichtungsmaterial (4) zugeführte Gas (6) zumindest teilweise rekuperiert und zumindest mittelbar, insbesondere über einen Wärmetauscher (30), zur Erwärmung des zugeführten Gasstromes oder des zugeführten Wassers genutzt wird.
Vorrichtung (10) zum Aktivieren einer Funktionsschicht (4') eines Beschichtungsmaterials (4), die aufweist: mindestens eine Austrittsöffnung (20) zum Zuführen eines erwärmten Gases (6) zu der Funktionsschicht (4'), und mindestens eine Gasquelle (22) zum Bereitstellen des erwärmten Gases (6) zu der mindestens einen Austrittsöffnung (20) , wobei die Gasquelle (22) derart ausgestaltet ist, ein bereitgestelltes Gas, das bevorzugt Luft ist, mit Wasser anzureichern und zu erwärmen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei die Gasquelle (22) einen Verdampfer aufweist, der ausgestaltet ist, flüssiges Wasser in einen dampfförmigen Zustand zu versetzen und somit das Gas in der Gasquelle (22) damit anzureichern.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Vorrichtung ausgestaltet ist, mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 benutzt zu werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei eine Einheit zum Regeln des Volumenstroms in oder an der Vorrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei eine Eispritzdüse zum Beimischen von Wasser integriert ist und/oder ein Mischventil zum Regeln der Luft- und Wasser-Anteile enthalten ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei ein Wärmetauscher zum Zurückgewinnen von Wärmeenergie aus dem verbrauchten Gas in das zugeführte Gas oder das zugeführte Wasser enthalten ist, und der Wärmetauscher bevorzugt einen Kondensat-Abscheider aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei eine übergeordnete Regelung die jeweils optimale Wärmeenergie an der Gas-Austrittsöffnung (20) einstellt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei die Vorrichtung zumindest einen Sensor aufweist, der insbesondere ein Luftfeuchtigkeitssensor, Temperatursensor, Drucksensor und/oder ein Volumenstromsensor ist und dieser zumindest eine Sensor insbesondere an der Gas-Austrittsöffnung (20), an der Gas-Zuführung oder an der Wasser-Zuführung zur Regelung der optimalen Temperatur am Arbeitspunkt enthalten sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Vorrichtung ausgestaltet ist, Zustandsdaten des zumindest einen Sensors an eine externe Datenbank/Cloud zu übertragen.