DE3434334A1

DE3434334A1 - Verfahren zum aufbringen von suspensionen einbrennfaehiger feststoffe auf keramik- oder glassubstrate und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3434334A1
Application number: DE19843434334
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing.(FH) 7032 Sindelfingen Daniel; Friedrich Dr. 7250 Leonberg Esper; Friedrich Dipl.-Phys. Dr. 7000 Stuttgart Scharf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-09-19
Filing date: 1984-09-19
Publication date: 1986-03-27
Also published as: EP0194272A1; ES547114A0; ES8701053A1; WO1986001747A1; DE3434334C2

Description

Verfahren zum Aufbringen von Suspensionen einbrennfähiger
Feststoffe auf Keramik- oder Glas substrate und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bisher werden Schichten aus einbrennfähigen Feststoffen, z. B. leitfähige Schichten wie Leiterbahnen, in Handarbeit mit einem Pinsel, durch Tampondruck oder auch durch Siebdruck auf Substrate aus Keramik oder Glas aufgebracht. Derartige Verfahren sind zum Teil umständlich und wenig rationell, zum Teil sind sie schwierig zu automatisieren und wenig flexibel, sie lassen nur wenig Raum für eine individuelle Gestaltung. - Aus der Datenverarbeitung sind Drucker nach dem Tintenstrahlprinzip bekannt, die aus einer homogenen Flüssigkeit Tröpfchen mit Hilfe des Piezoeffektes erzeugen. Bei Verpackungsmaschinen werden Packungen mit nach dem Ink-Jet-Prinzip arbeitenden Systemen beschriftet.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 11 haben demgegenüber den Vorteil, daß Keramik- oder Glasteile präzise mit einer definierten Beschichtung versehen werden können. Das Verfahren ist sehr flexibel und leicht zu automatisieren und deshalb sowohl für Laborzwecke als auch für die Massenproduktion geeignet. Es läßt sich bei zahlreichen Anwendungsfällen einsetzen, wie Aufbringen von Leiterbahnen auf Keramikplatten oder auf Glas, Herstellen von Leiterbahnen in Kleinserien, Aufbringen von Leiterbahnen auf Folien, Auftragen von Deckschichten aller Art; schließlich ist durch die Verwendung von einbrennfähigen Farbstoffen die Beschriftung und Verzierung technischer Artikel oder von Gebrauchsgegenständen aus Porzellan oder Glas sowie von Kacheln möglich. Hier ergeben sich gegenüber Handarbeit Rationalisierungsvorteile und gegenüber Druckverfahren der Vorteil einer individuellen Gestaltungsmöglichkeit.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens sowie der in den Sachansprüchen angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines Handhabungsgerätes oder Kleinroboters, mit welchem entweder das zu beschichtende Teil oder das Spritzgerät auf vorbestimmten Bahnen geführt wird.
Als Steuergerät kann in vorteilhafter Weise ein programmierbarer Rechner verwendet werden. Als Spritzgerät dient vorteilhaft eine an einen Vorratsbehälter angeschlossene Düse, die entweder mit Hilfe einer Piezoplatte oder eines Magnetventils die Tröpfchen erzeugt. Da die verwendeten Suspensionen zum Absetzen neigen, ist es vorteilhaft, entweder die Suspension im Vorratsbehälter zu rühren oder mittels einer Pumpe und einer Bypass-Leitung ständig umzupumpen.
Zeichnung Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Prinzipskizze der gesamten Vorrichtung und die Figuren 2 bis 4 drei Ausführungsbeispiele des Spritzgerätes im Schnitt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Prinzip dargestellt. Die Vorrichtung besteht aus einem Handhabungsgerät oder Kleinroboter 1, an dessen Schwenkarm 2 das zu beschichtende Werkstück 3 befestigt ist. Ein Spritzgerät 4 ist in geeigneter Position ortsfest aufgestellt und über eine Rohrleitung 5 mit einem Vorratsbehälter 6 für die Suspension verbunden. Ein Steuergerät 7 in Form eines programmierbaren Rechners ist über eine Steuerleitung 8 mit dem Kleinroboter 1 verbunden, der die notwendigen Bewegungen des Werkstücks 3 herbeiführt.
Über eine weitere Steuerleitung 9 zum Spritzgerät 4 wird die Intensität des Spritzvorganges gesteuert.
In Figur 2 ist eine Ausführungsform des Spritzgerätes 4 mit angeschlossenem Vorratsbehälter 6 dargestellt. Das Spritzgerät 4 besteht aus einer Düse 10 und einem Hohlraum 11, der als eine Wandung eine Piezoplatte 12 aufweist. Der Pizeoplatte 12 werden über nicht dargestellte elektrische Leitungen Spannungsimpulse zugeführt, von deren Frequenz, die durch das Steuergerät 7 gesteuert wird, die Intensität der Beschichtung abhängt. Die Frequenz liegt z. B. bei 100 Hz. Die Tropfengröße hängt im wesentlichen von der Höhe der angelegten Spannung ab, wird im allgemeinen einmal eingestellt, wobei die Spannung im Bereich zwischen 100 und 500 V liegt. An den Hohlraum 11 schließt sich ein Zuführungsteil 13 an, an welchem die Verbindungsleitung 5 zwischen Spritzgerät 4 und Vorratsbehälter 6 angeschlossen ist. Um in dem Vorratsbehälter 6 ein Absetzen vor allem der schweren Metallpartikel zu verhindern, ist entweder der Vorratsbehälter 6 mit einem Rührer 14 ausgerüstet oder zwischen dem Zuführungsteil 13 und dem Behälter 6 befindet sich eine Bypass-Leitung 15, um die Suspension ständig umzupumpen. In diesem Falle befindet sich in der Leitung 5 eine Pumpe 16. Um eine optimale Homogenität der Suspension zu gewährleisten, können auch beide Maßnahmen, nämlich Rührer 14 und Bypass-Leitung 15 vorhanden sein.
Bei der Ausführungsform nach Figur 3 wird die Suspension mittels der Pumpe 16 ständig umgepumpt, wobei die Suspension durch die Düse 10 gedrückt und in eine gegenüberliegende Rückführöffnung 17 gespritzt wird, von wo sie wieder in den Vorratsbehälter 6 gelangt. Wird ein Teil der Suspension zur Beschichtung gebraucht, so wird diese in der oben beschriebenen Weise durch die Piezoplatte 12 in Tröpfchen zerteilt, gleichzeitig jedoch werden die Tröpfchen im elektrischen Feld der Elektroden 18 aufgeladen und in einem weiteren elektrischen Feld der Ablenkplatten 19 abgelenkt, so daß die Tröpfchen nun nicht mehr in die Rück-Sühröffnung 17, sondern als abgelenkte Tröpfchen 20 auf das Substrat 3 fliegen.
In Figur 4 ist eine dritte Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Zerteilung der Suspension in einzelne Tröpfchen nicht mittels einer Piezoplatte erfolgt, sondern durch ein in kurzen Abständen schließendes und öffnendes Ventil 21, das vorzugsweise magnetisch gesteuert wird.
Hierzu ist ein bestimmter Druck der Suspension notwendig, der entweder als Gasdruck im Vorratsbehälter oder durch eine Pumpe erzeugt werden kann. Im übrigen wird auch bei dieser Ausführungsform für eine ständige Bewegung der Suspension mittels Rührer 14 und/oder Pumpe 16 und Bypass-Leitung 15 gesorgt.
Wie oben bereits angedeutet, kann es sich bei den Suspensionen um solche von Metallen, beispielsweise von Platin, handeln, um Leiterbahnen oder sonstige leitfähige Beschichtungen auf Keramik oder Glas aufzubringen. Hier werden handelsübliche Platinpasten oder Platinpulver mit ebenfalls handelsüblichen Verdünnern soweit verdünnt, daß die Viskosität der Suspensionen im Bereich von 0,001 bis 0,1 Pa.s liegt. Das gleiche gilt im Prinzip auch bei der Verwendung von einbrennfähigen Farbstoffen, z. B. in Form von farbigen Oxiden, wie sie für die Beschriftung und Verzierung von technischen Artikeln und Gebrauchsgegenständen aus Porzellan und Glas sowie von Kacheln eingesetzt werden können. Die günstigste Einstellung der Viskosität hängt auch von der Dimensionierung der Düse ab, die normalerweise einen Innendurchmessser von 50 bis 100 am aufweist. Die Optimierung des Verhältnisses von Düsendurchmesser zu Viskosität muß daher durch Versuche ermittelt werden.
Nach dem Aufbringen der Beschichtungen werden die Substrate aus Keramik oder Glas bei einer für den jeweiligen Feststoff geeigneten Temperatur eingebrannt.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zum Aufbringen von Suspensionen einbrennfähiger Feststoffe auf Keramik- oder Glas substrate durch Aufspritzen eines in Tröpfchen zerteilten, feststoffhaltigen Flüssigkeitsstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spritzgerät (4) und das zu beschichtende Substrat (3) relativ zueinander bewegbar angeordnet werden und die Bewegung des Spritzgerätes (4) oder des Substrates (3) sowie die Intensität des Spritzvorganges des Spritzgerätes (4) durch ein Steuergerät (7) gesteuert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzgerät (4) oder das Substrat (3) an einem Handhabungsgerät (1) befestigt wird und die relative Bewegung zueinander durch Ansteuern des Handhabungsgerätes (1) bewerkstelligt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spritzgerät (4) die Feststoffsuspension durch die durch eine Piezoplatte (12) erzeugten Druckstöße in Tröpfchen zerteilt und diese durch eine feine Düse (10) hindurch gemäß der Ansteuerung der Piezoplatte (12) auf das Substrat (3) geschleudert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spritzgerät (4) die Feststoffsuspension durch die durch eine Piezoplatte (12) erzeugten Druckstöße in Tröpfen zerteilt werden, daß die Feststoffsuspension in eine Rückführöffnung (17) geführt werden kann und daß durch eine elektrostatische Beladungsvorrichtung (18), die von dem Steuergerät (7) angesteuert wird, und durch Ablenkplatten (19), an die eine Spannung angelegt wird, gezielt Tröpfchen durch elektrostatische Ablenkung auf das Substrat (3) gelenkt werden, während die nicht abgelenkten Tröpfchen durch die Rückführöffnung (17) in den Vorratsbehälter (6) zurückgeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spritzgerät (4) die Feststoffsuspension durch ein in kurzen Abständen schließendes und öffnendes Ventil (21) in Tröpfchen zerteilt und diese durch eine feine Düse (10) gemäß der Ansteuerung des Ventils (21) auf das Substrat geschleudert werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffsuspension der Düse (10) aus einem Vorratsbehälter (6) zugeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffsuspension der Düse (10) aus dem Vorratsbehälter (6) mittels einer Pumpe (16) oder mittels Gasdruck im Vorratsbehälter (6) zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension in dem Vorratsbehälter (6) gerührt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension über eine Bypass-Leitung (15), die vor der Düse (10) oder vor dem Ventil (21) abzweigt, ständig umgepumpt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoff für die Feststoffsuspension ein Metallpulver oder ein einbrennfähiges Farbstoffpulver eingesetzt wird.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie besteht aus: a) einem Spritzgerät (4), das einen feinen, intermitierten Flüssigkeitsstrahl erzeugt, mit angeschlossenem Vorratsbehälter (6), b) einem Handhabungsgerät (1), mit welchem entweder das zu beschichtende Substrat (3) oder das Spritzgerät (4) auf vorbestimmten Bahnen geführt wird, c) einer Steuerung (7), die sowohl das Handhabungsgerät (1) in seiner Bewegung als auch das Spritzgerät (4) in seiner Intensität steuert.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzgerät (4) eine Piezoplatte (12) aufweist, die nach dem Piezo-Effekt die Feststoffsuspension durch Druckstöße in Tröpfchen zerteilt und diese gemäß der Ansteuerung der Piezoplatte (12) aus einer feinen Düse (10) heraus auf das Substrat schleudert.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzgerät (4) eine Piezoplatte (12) aufweist, die einen kontinuierlichen Strom von Tröpfchen erzeugt, daß es eine Rückführöffnung (17) sowie eine elektrostatische Beladungsvorrichtung (18) und Ablenkplatten (19) zur elektrostatischen Ablenkung aufweist, wobei die elektrostatische Beladungsvorrichtung (18) und die Ablenkplatten (19) einzelne Tröpfchen gemäß der Ansteuerung der Beladungsvorrichtung (18) auf das Substrat (3) lenken, während die Rückführöffnung (17) die übrige Suspension auffängt und in den Vorratsbehälter (6) zurückführt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzgerät ein in kurzen Abständen schließendes und öffnendes Ventil (21) aufweist, das die Tröpfchen erzeugt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter einen Rührer (14) aufweist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Vorratsbehälter (6) und tröpfchenerzeugendem Bauteil (12, 21) eine Bypass-Leitung (15) und in der Hauptleitung (5) eine Pumpe (16) vorgesehen sind.