Die Erfindung betrifft das Gebiet der Beschichtung von Flächen, insbesondere von großen Flächen mit viskosen Beschichtungsstoffen im Baubereich und industriellen Bereich. Unter Beschichtungsstoffen werden beispielsweise Bautenfarben für den Innen- und Außenbereich, industrielle Besch ichtungen und Lacke sowie funktionelle Beschichtungen verstanden. Die Schichtdicken liegen typisch zwischen 20 und 150 Mikrometern.

Vorgenannte Beschichtungen werden heute manuell per Pinsel, Rolle oder durch Spritzgeräte aufgetragen. Die Verfahren besitzen eine niedrige Produktivität, erzeugen ungleichmäßige Schichtdicken und erfordern, insbesondere im Falle des Spritzens aufgrund des starken„Oversprays" umfangreiche Vorarbeiten zum Schutz der Umgebung vor Farbnebel oder Farbspritzer.

US7981462B2 beschreibt ein Verfahren zur Bedruckung von Gebäudeflächen mit graphischem Inhalt mit einem manuellen Farbauftraggerät. Dieses wird beliebig über die Fläche bewegt. Dabei wird die Position des Farbauftraggerätes kontinuierlich gemessen mit einem Positionsmesssystem, das vor Arbeitsbeginn installiert werden muss. Da permanent der Abarbeitungszustand eines jeden Bildpunktes gespeichert wird, entsteht eine Datenbasis, auf deren Grundlage für jeden Pixel entschieden werden kann, ob dieser noch gedruckt werden muss oder ob er bereits gedruckt wurde. Somit wird die Farbabgabe einer Druckdüse immer dann unterbunden, wenn der an deren Position befindliche Pixel bereits als "abgearbeit" gespeichert ist. Dies dient der Verhinderung einer Doppel-Bedruckung. Soll lediglich eine Beschichtung ohne graphische Inhalte vorgenommen werden, so ist die Installation eines Positionsmesssystems, die Positionsmessung, eine Echtzeit-Bilddatenverarbeitung und eine darauf basierende Druckkopfansteuerung zu aufwändig.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, um auf einfache und praxistaugliche Weise viskose Beschichtungsstoffe im Druckverfahren aufzutragen.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Die Aufgabe wird durch die Erfindung wie folgt gelöst: Auf einer Fläche wird mit Hilfe eines beweglichen Auftraggerätes eine homogene Schicht eines viskosen Besch ichtungsstoffs aufgebracht, indem das bewegliche Auftraggerät mit der Fläche mittels Rollen 3 oder mittels Gleitelemente in Kontakt gebracht wird und motorisch oder manuell mit einem Handgriff 10 überwiegend in einer Hauptbewegungsrichtung 6 bewegt wird. Ein- oder mehrreihig angeordnete Drop-on-Demand-Druckdüsen tragen Punkte oder Sprühpunkte des Beschichtungsstoffes auf die Fläche so auf, dass die Punkte oder Sprühpunkte sich überlappen. Dabei ist die Tropfen- Abgabefrequenz einer jeweiligen Druckdüse 2 variabel und wird abhängig von ihrer Bewegungsgeschwindigkeit bestimmt.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet zum Einen eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit von mehr als 1m/s ohne Sprühnebel oder Spritzer. Es ermöglicht zum Anderen auch das Drucken mit extrem langsamer Vorschubgeschwindigkeit, um präzise von Hand Kanten und Farbbereichsgrenzen zu ziehen, bei stets konstanter Schichtdicke. Einmaliges Überstreichen liefert eine geschlossene Schicht mit reproduzierbarer Schichtdicke unabhängig von der Arbeitsgeschwindigkeit. Aufgrund der Drop-on-Demand Drucktechnik entsteht kein Overspray. Sehr homogene oder dünne Beschichtungen können durch Applikation von Sprühpunkten statt Tropfen erreicht werden. Da die Farbe in einem geschlossenen System gehalten werden kann, ist auch der Arbeitsgang insgesamt sehr sauber und es müssen keine Arbeitsvorbereitungen zum Schutz der Umgebung vor Verunreinigung mit Farbe getroffen werden.

Die Erfindung basiert auf einem Druckprinzip nach (1) DE102009029946A1 , deren Inhalt hiermit zum Bestandteil dieser Anmeldung wird. Das Druckprinzip der mikropneumatisch betriebenen Druckdüsen 2 nach (1) ermöglicht das Drucken höherviskoser und partikelhaltiger Beschichtungsstoffe im kontaktlosen Drop-on-Demand (DOD)- Verfahren. Als DOD-Verfahren wird die diskontinuierliche Abgabe von diskreten Tropfen oder diskreten Tröpchenwolken aus einer Druckdüse 2 verstanden, wobei die Flüssigkeit frei fliegend auf der zu beschichtenden Fläche auftrifft und einen Druckpunkt 9 erzeugt. Eine Vielzahl von Düsen sind linear als Zeile oder in einem Array aus mehreren Zeilen arrangiert. Im Folgenden werden die Begriffe Tropfen, Tröpfchen oder Tröpfchenwolke synonym verwendet und bezeichnen einen einzelnen Flüssigkeitsausstoß einer Druckdüse 2 infolge eines Steuersignals.

Beschreibung der Figuren:

Fig. 1 a, b zeigt die Ansicht von oben und von der Seite eines manuellen Druckgerätes

Fig. 2 a-c zeigt unterschiedliche Varianten von Rollensystemen

Fig. 3 erläutert schematisch die Anordnung von Druck- oder Sprühpunkten 9 einer geraden und runden Druckbahn

Fig. 4 zeigt die Verhältnisse bei einer von der Hauptbewegungsrichtung 6 abweichenden Bewegungsrichtung 6

Die Erfindung schlägt ein bewegliches, manuelles oder motorisch betriebenes Auftraggerät 1 vor, siehe Fig.1a, b, das frei oder nach einer vorgegebenen Route über eine Fläche bewegt wird. Ein manuelles Auftraggerät 1 wird vorzugsweise frei über eine Fläche geführt, besitzt einen Handgriff 10 ähnlich einer Malerrolle und wird vergleichbar gehandhabt. Auch kann der Handgriff 10 über eine optionale Verlängerung über eine dreh-starre, aber bewegliche Kupplung, z.B. einem Kardangelenk, mit dem Auftraggerät 1 verbunden sein. Das Auftraggerät 1 fährt auf Rollen 3 oder Gleitelementen auf der Fläche. Rollen 3 und Gleitelemente können in jeder beliebigen Konfiguration und Zusammenstellung so eingesetzt werden, dass eine bestimmte Verfahreigenschaft erreicht wird: Gerade Bewegungen oder Radien und Kurven in der Hauptbewegungsrichtung, schräge oder seitliche Bewegungen. Rollen 3 und Gleitelemente stellen ebenfalls einen konstanten Düsenabstand zur Fläche sicher. Um auch über ungetrocknete Beschichtungsstoffe verfahren zu können, können Rollen 3 auch so ausgebildet sein, dass sie nur mit auf dem Umfang verteilten radialen Spitzen oder Zähnen mit der Fläche mit der Fläche in Kontakt kommen, wie z.B. im Fall von schmalen Zahnrädern, siehe Fig. 1b. Eine hydrophobe Beschichtung der Rollen 3 bzw. der Spitzen ist vorteilhaft. Vorzugsweise werden zwei Räder in einem Abstand von wenigen Zentimetern in Vorwärtsrichtung hinter der Druckdüsen 2-Reihe angebracht und eine oder mehrere weitere in einem größeren Abstand. Die Bewegung kann auch durch motorische oder robotische Vorrichtungen unterstützt bzw. autonom durchgeführt werden.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass eine Zeile von regelmäßig angeordneten Drop-on-Demand-Druckdüsen 2 vorzugsweise senkrecht zu dieser über eine zu beschichtende Fläche bewegt wird. Diese Vorzugsrichtung wird im Folgenden als Hauptbewegungsrichtung 6 bezeichnet. In Abhängigkeit der gemessenen und/oder berechneten Bewegung einer jeden Druckdüse 2 werden Druckpunkte 9 durch diese nacheinander Punkt für Punkt vorzugsweise äquidistant im Abstand D (siehe Fig. 3) gesetzt. Dabei werden Druckpunkte 9 insgesamt so eng gesetzt, dass sich benachbarte Druckpunkte 9 überlappen bzw. ineinander verlaufen. Druckpunkte 9 können durch diskrete Tropfen oder auch durch eine Tropfenwolke bzw. einen Tropfennebel aufgetragen werden. Die Abgabefrequenz eine Druckdüse 2 ist proportional zu deren Bewegungsgeschwindigkeit und indirekt proportional zum Durchmesser des Druckpunktes 9. Der Abstand benachbarter Druckdüsen 2 ist ebenfalls kleiner als der Durchmesser der resultierenden Druckpunkte 9. Ziel ist eine homogene und geschlossene Beschichtung. Die Größe der Flüssigkeitstropfen, die Austritt-Geschwindigkeit des Tropfens aus der Druckdüse, die Rheologie des Beschichtungsstoffes sowie das Benetzungsverhalten des Beschichtungsstoffes zum Substrat bestimmen, ob die Beschichtung ausreichend geschlossen und homogen ist.

Die Ansteuerung der Druckdüsen 2 des Arrays erfolgt durch ein eingebettetes System, z.B. durch einen Mikrocontroller oder FPGA. Um eine homogene Beschichtung mit gleichbleibender Dicke zu bekommen, ist es Ziel der Steuerung, die einzelnen Druckdüsen 2 so anzusteuern, dass die pro Fläche ausgegebene Menge des Beschichtungsstoffes im Mittel konstant ist oder sich innerhalb eines Toleranzbereiches befindet. Die Menge des Beschichtungsstoffes ist das Produkt aus dem Tropfenvolumen und der Anzahl der Tropfen.

Eine Bewegung, hier als eine„Veränderung der Position über der Zeit" verstanden, kann mit Odometrie-Verfahreri vorgenommen werden, beispielsweise durch Messung des zurückgelegten Weges mittels inkrementeller oder absolut messender Sensoren' zur Messung der Umdrehung von Rollen 3, durch optische Sensoren, die ihre relative Ortsveränderung bzgl. des Untergrundes messen, durch Geschwindigkeitsmessungen an ein oder mehreren Punkten des Auftraggerätes 1 , durch die Messung einer Geschwindigkeit und Drehgeschwindigkeit des Auftraggerätes 1 oder durch Auswertung einer vorgegebenen und verfolgten Bahn. Innerhalb dieser Schrift soll der Begriff Geschwindigkeitsmessung austauschbar gesehen werden zu der„Zeitmessung einer Wegstrecke" oder einer„Wegmessung in festen Zeitabständen".

In einer ersten Variante soll das Auftraggerät 1 geradlinig bewegt werden. Dies kann durch 2 Rollen 3 in Fahrtrichtung realisert werden, die parallel ausgerichtet sind und dieselbe Abrollgeschwindigkeit aufweisen. Die Fahrtrichtung ist vorzugsweise die Hauptbewegungsrichtung 6. Ausführungsbeispiele hierfür sind nebeneinander liegende, mittels einer Starrachse verbundene Rollen 3 oder synchron angetriebene Rollen 3. Alle Druckdüsen 2 haben zu jeder Zeit dieselbe Geschwindigkeit und können deshalb synchron angesteuert werden, sodass der Abstand D zwischen den von einer Druckdüse nacheinander abgegebenen Druckpunkten 9 konstant ist, siehe Fig. 3. Die Betriebsart ist vorteilhaft, wenn geradlinige Grenzen einer Beschichtung exakt ohne weitere Hilfsmittel gezeichnet werden sollen.

Sind die Rollen 3 nicht miteinander gekoppelt, so ermöglichen sie Kreis- oder Kurvenbewegungen und verhindern dennoch Seitwärtsbewegungen. Fig. 3 erläutert diesen Fall: in einer Linkskurve, welche eine Überlagerung aus Vorwärts- und Drehbewegung ist, hat Düse 4 eine längere Bahn zurückzulegen als Düse 1. Der Abstand zwischen den einzelnen nacheinander abgegebenen Punkten einer jeden Druckdüse ist D. Die Druckdüsen werden somit nicht synchron angesteuert, sondern Düse 1 weist eine niedrigere Feuerfrequenz als Düse 4 auf. Ist die Vorwärtsbewegung klein, die Drehbewegung aber groß, so treten negative Geschwindigkeiten bei einem Teil der Druckdüsen 2 auf. In diesem Fall werden die betroffenen Druckdüsen 2 nicht aktuiert. Kreis- und Kurvenbewegungen erfordern das Messen und/oder Berechnen der Drehung des Auftraggerätes 1 , beispielsweise durch Messung der Geschwindigkeiten beider Rollen 3 oder durch Messung einer Geschwindigkeit in Vorwärtsrichtung und einer Drehgeschwindigkeit mit einem Drehratensensor.

Beliebige Bewegungen, also auch Seitwärtsbewegungen, können durch Schwenkrollen 4, Kugelrollen oder Gleitelemente realisiert werden. Auf diese Weise kann bei einem als Handgerät ausgeführten Auftraggerät 1 dieses z.B. in Serpentinen ohne abzusetzen über die Fläche geführt werden, wie es beim Reinigen von Böden oder Fenstern durch „Abzieher" praktiziert wird. Da das freihändige Ziehen von geraden Linien mit diesem Verfahren aufgrund der fehlenden seitlichen Führung schwierig ist, könnten in diesem Fall die Schwenklager der Schwenkrollen 3 temporär arretiert werden. Seitwärtsbewegungen führen zu einem effektiv kleineren Punkte-Abstand d _e ff in Bewegungsrichtung 6 im Vergleich zum Druckdüsenabstand d, siehe Fig. 4. Um das postulierte konstante Produkt aus Druckpunkte -Anzahl und - Volumen zu erhalten, kann mit kleinerer Frequenz gefeuert werden, was aber bei nur kleinem Seitwärts-Anteil praktikabel ist. Bei stärkerer Seitwärtsbewegung würde aber der Überlapp zweier Punkte senkrecht zur Bewegungsrichtung groß werden und durch extrem weite Punktabstände in Bewegungsrichtung kompensiert werden müssen, um nicht lokal eine zu hohe Ausbringung an Beschichtungsstoff zu erhalten. Daher muss das Flüssigkeitsvolumen der pro Punkt abgegebenen Flüssigkeitsmenge reduziert werden und gleichzeitig die Feuer-Frequenz aber soweit angehoben werden, dass Punkteanzahl und -volumen pro Flächeneinheit wieder korrekt sind.

Um die Bedruckung von Außenkanten zu vereinfachen, können in allen vorgenannten Fällen auch verschiebliche und arretierbare Anschläge 11 , wie in Fig. 1a angedeutet verwendet werden. Gerade oder gekrümmte Linien oder Farbabschlüsse können auch gezeichnet werden, indem ein Lineal oder eine Konturschiene an die Fläche angebracht oder mit der einer Hand auf die Fläche gepresst wird, während mit der zweiten Hand das Auftraggerät mit einer Seitenfläche oder Seitenführung entlang des Lineals geführt wird.

Die Drehung der Rollen 3 kann gedämpft werden durch passive und/oder aktive Dämpfungsmethoden, um stetige Beschleunigungsprofile oder einen geschwindigkeitsabhängigen Bewegungswiderstand zu erhalten und so den Bediener eines manuellen Auftraggerätes durch eine definierte Haptik beispielsweise am Überschreiten einer Maximalgeschwindigkeit zu hindern. Als passive Dämpfungsmethoden kommen beispielsweise linear viskose oder mit der Scherrate progressiv viskose Flüssig-Gleitlager für die Rollen 3 oder Schwungmassensysteme mit Getriebe-Übersetzungen in Betracht, als aktive Dämpfungsmethoden Servomotoren, die aktiv geregelt werden oder Generatoren mit Drehzahl - abhängiger Last.

In vielen Fällen wird nicht die gesamte Druckbreite, wie sie sich aus der Anzahl der in einer Reihe befindlichen Druckdüsen 2 ergibt, benötigt. Hierzu werden ein Teil der Druckdüsen 2 deaktiviert. Die Deaktivierung kann durch Bedienelemente wie Drehoder Schieberegler, Touch-Screens oder sonstige taktile Sensoren vorgenommen werden. Die aktive Druckdüsen 2 können optisch, z.B. durch eingeschaltete Leuchtdioden 8 kenntlich gemacht werden.

Deckende Beschichtungsstoffe können durch überlappende Bahnen verarbeitet werden. Im Überlappbereich erhält man auf diese Art die doppelte Schichtdicke. Je nach Anwendungsbereich, z.B. im Bereich der Fassadenbeschichtung, ist diese Schichtdickenschwankung tolerabel.

Auf Flächen mit kleiner Rauhtiefe oder im Fall großer Schichtdicken sind die Überlappungsbereiche u.U. sichtbar, sodass Maßnahmen erforderlich sind, um eine Doppelbedruckung zu unterbinden. Die Maßnahmen beruhen darauf, dass optisch detektiert wird, ob bereits Beschichtungsstoff an der Position einer oder mehrerer Druckdüsen 2 auf der Fläche vorhanden ist. Ist dies der Fall, so wird an dieser Position die entsprechende Druckdüse deaktiviert. Zur Erzeugung eines starken Kontrastes zum Untergrund kann dem Beschichtungsstoff zu diesem Zweck ein Additiv zugegeben werden, das phosphoresziert oder dessen Farbe außerhalb des sichtbaren Lichts liegt. Die Detektion kann mittels optischer Sensoren wie Photodioden-Arrays oder günstiger, breiter CCD-Zeilen 5, wie in Bildscannern verwendet, erfolgen. Letztere können an der Unterseite, in Bewegungsrichtung 6 vor dem Druckdüsen 2-Array angebracht sein. Filter können verwendet werden, um eine für die Lichtemission oder -Reflexion o.g. Additive abgestimmte Selektivität zu erhalten. Detektiert ein CCD-Element der CCD-Zeile 5 einen bereits vorhandenen Farbauftrag, so wird die dieser unter Beachtung der Bewegungsrichtung 6 zugeordnete Druckdüse deaktiviert.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Auftraggerätes 1 ermöglicht die mobile Beschichtung von Flächen ohne jegliche Vorbereitungsmaßnahmen an den Flächen. Die unter Druck zugeführten Flüssigkeiten einschließlich des Beschichtungsstoffes können vollständig in geschlossenen Systemen geführt werden, sodass auch die Gefahr der Verschmutzung der Umgebung mit Beschichtungsstoffen minimiert wird. Für den Betrieb des Auftraggerätes sind verschiedene Komponenten erforderlich, welche Teil eines Sets sind. Das manuelle Auftraggerät 1 kann die folgenden Komponenten enthalten: Eine Reihe aus mikro-pneumatisch betriebenen Druckdüsen 2, denen der Beschichtungsstoff unter Druck zugeführt wird und deren Abstand d untereinander so bemessen ist, dass sich die Spritzbilder benachbarter Druckdüsen zumindest teilweise überlappen; eine automatische oder manuelle Abdeckvorrichtung für die Druckdüsen 2, um ein schnelles Eintrocknen von Beschichtungsstoff zu verhindern; eine CCD-Zeile 5 zur Detektion schon bedruckter Bereiche; Eingabeelemente für Start/Pause/Stop und die Auswahl der aktiven Druckdüsen 2, Aktivieren der Detektion schon bedruckter Bereiche; Arretierung von Achsen; ein Spülkreislauf mit Spülflüssigkeit, Reservoir und Waste, um die Druckdüsen 2 zu reinigen; peripher ein Reservoir für den Beschichtungsstoff bzw. Patronen mit Beschichtungsstoff; ein Umlaufsystem für den Beschichtungsstoff; Mittel zur Druckerzeugung;

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Auftraggerätes ermöglicht weiterhin die Verarbeitung von mehrkomponentigen Stoffen, welche punktweise erst am Ort der Ausbringung oder direkt auf der Fläche zusammengeführt werden. Auf diese Weise können hochreaktive 2K-Stoffe im mobilen Bereich zu Beschichtungen verarbeitet werden. Hierfür müssen mindestens 2 Reihen von pneumatisch betriebenen Druckdüsen 2 realisiert werden, deren Auslässe geeignet so arrangiert werden, dass die ausgetretenen Beschichtungsstoff-Komponenten auf dem Weg zur Fläche oder auf der Fläche selbst in Kontakt kommen.