DE19527501A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten eines Gegenstandes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Gegenstandes mit einem festen, flüssigen oder fluiden Beschichtungsmaterial durch Verdüsen des Beschich­ tungsmaterials.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Beschichten eines Gegenstandes.

Aus der Literatur sind eine Vielzahl von Verfahren zum Beschichten eines Gegen­ standes bekannt. So ist z. B. aus der EP-AP 0 459 086 ein Verfahren zum Fluidisieren, Fördern und/oder Zerstäuben von festen und flüssigen Beschichtungsmaterialien bekannt. Ein derartiges Verfahren kommt bei der Oberflächenbeschichtung, insbeson­ dere der elektrostatischen Oberflächenbeschichtung, zur Anwendung. Als Druckgas wird hierbei ein unter hohem Druck stehendes, reines Inertgas verwendet. Dieses wird auf den gewünschten Betriebsdruck entspannt, wobei das Inertgas, im Falle der EP-AP 459 086, auf eine Temperatur unter Umgebungstemperatur abgekühlt wird.

Anstelle von Inertgasen kann selbstverständlich auch Druckluft verwendet werden. Aufgrund der Wasser- und Ölrückstände in der Druckluft kommt es jedoch zu unbefriedigenden Arbeitsergebnissen beim Auftrag des Beschichtungsmaterials auf den zu beschichtenden Gegenstand bzw. das zu beschichtende Werkstück.

Die Verwendung von Inertgas hingegen führt dazu, daß die Zerstäuberwolke im we­ sentlichen frei von Luft und damit von Sauerstoff gehalten wird, so daß in der Zer­ stäuberwolke selbst kein zündfähiges Gas vorhanden ist. Auch wird die Bildung einer zündfähigen Gasatmosphäre im Arbeitsraum bzw. in der Sprühkabine reduziert.

Die Bereitstellung eines Inertgases, wie z. B. Stickstoff bzw. Flüssig-Stickstoff, ist je­ doch mit einem apparativen Aufwand sowie zusätzlichen Kosten verbunden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum schichten eines Gegenstandes mit einem festen oder flüssigen Beschichtungs­ material anzugeben, die gegenüber dem bekannten Stand der Technik apparativ einfacher aufgebaut und zudem kostengünstiger betrieben werden können.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Verdüsen in eine evakuierte Verdüsungskammer, in der sich der zu beschichtende Gegenstand befindet, ohne Zugabe eines Treibgases erfolgt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt demnach das Verdüsen des festen, flüs­ sigen oder fluiden Beschichtungsmaterials in die evakuierte Verdüsungskammer ohne Zugabe eines Treib- bzw. Inertgases. Es kann somit auf all diejenigen Verfahrens­ schritte sowie apparativen Bauteile, die der Bereitstellung des Treibgases dienen, verzichtet werden. Aus dieser Tatsache resultiert bereits eine erhebliche Investitions­ kosteneinsparung. Das nicht benötigte Treib- bzw. Inertgas führt ferner zu einer deutlichen Verringerung der Betriebskosten.

Entsprechend dem innerhalb der Verdüsungskammer gewählten Enddruck des Vaku­ ums weist die Beschichtung eine sehr hohe Reinheit und Dichte auf. Auch wird die Einlagerung von Fremdatomen in die Beschichtung vermieden, so daß die Haftfestig­ keit auf dem zu beschichtenden Gegenstand bzw. Werkstück erhöht wird.

Die bereits innerhalb der Verdüsungskammer erzielte Reinheit der Beschichtung macht unter Umständen nachfolgende Reinigungsschritte unnötig bzw. reduziert die Anzahl derselbigen.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt der Druck in der Verdüsungskammer weniger als 500 mbar, vorzugsweise weniger als 100 mbar.

Wie bereits erwähnt, bestimmt der Restdruck in der Verdüsungskammer in erster Näherung den Grad der Verunreinigung der Beschichtung. Das Erreichen einer be­ stimmten Schichtreinheit hat somit einen gewissen Energieaufwand zum Herstellen eines entsprechenden Vakuums zur Folge.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verdüsungskammer ein Prozeßgas, insbesondere ein Inertgas, wie z. B. Argon, Helium oder Stickstoff oder ein Gemisch aus Wasserstoff und Inertgasen, wobei letzteren Sauerstoff und/oder kurzkettige Kohlenwasserstoffe und/oder Fluoride zugesetzt sein können, zugeführt wird.

Durch die Zugabe eines Prozeßgases in die Verdüsungskammer können die Eigen­ schaften der Beschichtung, wie z. B. Schichtaufbau und -struktur, Schichtdicke, Haft­ fähigkeit der Schicht, etc., beeinflußt werden.

Je nach Beschichtungsmaterial, hierbei kann es sich selbstverständlich auch um Kleb- oder Farbstoffe handeln, läßt sich durch die Zugabe von Prozeßgas eine gezielte chemische Umsetzung des Beschichtungsmaterials erreichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, daß innerhalb der Verdüsungskammer ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird.

Das elektromagnetische Feld wird hierbei vorzugsweise mittels eines Mikrowellen-Generators erzeugt. Durch das elektromagnetische Feld kommt es innerhalb der Verdüsungskammer zur Bildung eines Plasmas. Insbesondere bei der Zugabe von Prozeßgas bzw. -gasen in die Verdüsungskammer kann die aktivierende und reini­ gende Wirkung dieser Prozeßgase auf die Oberfläche des zu beschichtenden Gegen­ standes bzw. Werkstückes durch das innerhalb der Verdüsungskammer erzeugte Plasma erhöht werden.

Neben der Plasmaerzeugung mittels eines Mikrowellen-Generators, kann das Plasma selbstverständlich auch auf eine andere äquivalente Art und Weise, wie z. B. mittels eines FH-Generators, erzeugt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie weitere Ausgestaltungen davon werden an­ hand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.

Wie bereits eingangs erwähnt, betrifft die Erfindung ferner eine Vorrichtung zum Be­ schichten eines Gegenstandes.

Zur Lösung der bereits erwähnten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Vorrichtung zum Beschichten eines Gegenstandes

• a) ein Reservoir für das Beschichtungsmaterial und/oder
• b) Mittel zum Heranführen des Beschichtungsmaterials an einen Düsenstock,
• c) einen Düsenstock und
• d) eine Verdüsungskammer, die der Aufnahme des zu beschichtenden Gegenstandes bzw. Werkstückes dient, umfaßt.

Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung seien anhand der Figuren näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Verdüsungskammer 1, in der ein Vakuum 2 erzeugt wird. Dazu wird die Verdüsungskammer 1 mittels der Vakuumpumpe 5 über die Leitung 4 evaku­ iert. Innerhalb der Verdüsungskammer 1 ist der zu beschichtende Gegenstand 3 ange­ ordnet. Aufgrund der Übersichtlichkeit wurde auf eine Darstellung der für die Fixierung des Gegenstandes 3 notwendigen Vorrichtung sowie der Vorrichtung, die das Ein- und Ausschleusen des Gegenstandes 3 in bzw. aus der Verdüsungskammer 1 ermöglichen, verzichtet.

Das Beschichtungsmaterial 6 befindet sich in einem Reservoir außerhalb der Ver­ düsungskammer 1. Zwischen diesem Reservoir und der Verdüsungskammer 1 ist der sog. Düsenstock 7, durch den das Verdüsen des Beschichtungsmaterials erfolgt, angeordnet. Dieser Düsenstock 7 weist mindestens eine Düse auf; die Anzahl der Düsen wird sich in der Praxis nach der Größe und/oder Form des zu beschichten­ den Gegenstandes bzw. Werkstückes 3 richten. Im Falle mehrerer Düsen kann deren Anordnung so gewählt werden, daß sich die Sprühkegel 10 nicht wesentlich vor dem zu beschichtenden Gegenstand überschneiden.

Es ist prinzipiell denkbar, daß die Verdüsung des Beschichtungsmaterials 6 lediglich durch den Druckunterschied zwischen dem Verdüsungskammerdruck und dem Druck des Beschichtungsmaterial 6 erfolgt. Zusätzlich kann jedoch auch ein Preßstempel 8, der in Verbindung mit einer Druckstange 9 zur Erhöhung des Verdüsungsdrucks über den Atmosphärendruck hinaus dient, vorgesehen sein.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist derjenige Bereich, in dem sich das Beschichtungsmaterial 6 befindet, beheizt. Die Beheizung des Beschichtungs­ materials 6 kann entweder direkt über außen oder innen angeordnete Heizstäbe 11 oder z. B. über Wirbelströme erfolgen.

Zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes und damit zur Bildung eines Plasmas innerhalb der Verdüsungskammer 1 ist ein Mikrowellen-Generator 13, dessen elektromagnetische Strahlung über den Hohlleiter 14 in die Verdüsungskammer 1 eingekoppelt wird, vorgesehen. Alternativ zur Plasmaerzeugung mittels Mikrowellen-Generator ist auch eine Plasmaerzeugung mittels FH-Generators möglich.

Mittels der Leitung 12 ist eine Zuführung von Prozeßgas bzw. -gasen in die Ver­ düsungskammer 9 möglich.

Die dargestellte Vorrichtung kann in jeder beliebigen Raumrichtung orientiert angeord­ net sein.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß mittels des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung deutliche Qualitätsvorteile bei der Beschichtung von Gegenständen bzw. Werkstücken realisiert werden können. So wird neben einer hohen Reinheit sowie einer hohen Dichte der auf dem Werkstück aufge­ tragenen Schicht eine vergleichsweise höhere Haftfestigkeit dieser Schicht auf dem Werkstück erreicht. Dadurch kann auf bisher notwendige Prozeßschritte, wie z. B. Nachreinigen, etc., verzichtet werden.

Claims (14)

1. Verfahren zum Beschichten eines Gegenstandes mit einem festen, flüssigen oder fluiden Beschichtungsmaterial durch Verdüsen des Beschichtungsmaterials, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verdüsen in eine evakuierte Verdüsungskammer (1), in der sich der zu beschichtende Gegenstand (3) befindet, ohne Zugabe eines Treibgases erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Ver­ düsungskammer (1) weniger als 500 mbar, vorzugsweise weniger als 100 mbar beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­ düsungskammer (1) ein Prozeßgas zugeführt wird (12).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Prozeßgas ein Inertgas, wie z. B. Argon, Helium oder Stickstoff oder ein Gemisch aus Wasserstoff und Inertgasen, wobei letzteren Sauerstoff und/oder kurzkettige Kohlenwasser­ stoffe und/oder Fluoride zugesetzt sein können, verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Verdüsungskammer (1) ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld mittels eines Mikrowellen-Generators (13) erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdüsung des zu verdüsenden Beschichtungsmaterials (6) mittels einer Loch­ scheibe mit Bohrungen, deren Durchmesser 2 mm beträgt, erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial (6) vor seiner Verdüsung beheizt wird (11).

9. Vorrichtung zum Beschichten eines Gegenstandes, umfassend

• a) ein Reservoir für das Beschichtungsmaterial (6) und/oder
• b) Mittel zum Heranführen des Beschichtungsmaterials (6) an einen Düsenstock (7),
• c) einen Düsenstock (7) und
• d) eine Verdüsungskammer (1), die der Aufnahme des zu beschichtenden Gegenstandes bzw. Werkstückes (3) dient.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes innerhalb der Verdüsungskammer (1) vorge­ sehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Er­ zeugen eines elektromagnetischen Feldes innerhalb der Verdüsungskammer (1) als Mikrowellen-Generator (13) ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels des Mikrowellen-Generators (13) erzeugten elektromagnetischen Wellen über einen Hohlleiter (14) in die Verdüsungskammer (1) eingekoppelt werden.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuführvorrichtung (12) für Prozeßgas bzw. -gase in die Verdüsungskammer (1) vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Beheizen des Beschichtungsmaterials (6) vorgesehen sind.