Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sprühverfahren zur Beschichtung eines Substrats gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Sprühvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 10.

Ein wichtiger Schritt beim Testen von z.B. Farben bzw. Farbformul ierungen, aber auch etwa Klebstoffen und Klebstoffformulierungcn während deren Entwicklung ist das Applizieren der hergestellten Färb- oder Klebstoffprobe auf ein Testsubstrat. Eine Probe wird mit einer gewünschten Methode auf das Testsubstrat appliziert und anschliessend direkt oder nach einer Trocknungsphase nach gewünschten Kriterien getestet bzw. ausgemessen (Abriebtests, Farbmetrik, chemische und physikalische Beständigkeitstests etc.).

Als Testsubstrat werden üblicherweise standardisierte Platten aus Metall (z.B. Platten aus Stahl oder Aluminium), Karton, Holz, Glas oder Kunststoff verwendet. Eine weit verbreitete Methode für die Applikation der Probe bzw. die Beschichtung des Testsubstrats mit der Probe ist ein Sprühverfahren, bei welchem die Probe in einem Luftstrom zerstäubt wird und die dadurch entstandenen Färb- resp.

Klebstofftröpfchen sich auf dem Substrat niederschlagen bzw. fein verteilen .

Im Zuge der Färb- und Klcbstoffentwicklung werden oft umfangreiche Testreihen mit unterschiedlichen Proben durchgeführt. Dabei ist es zwingend notwendig, dass bei jedem Wechsel der Probe, die mit der Probe in Kontakt gekommenen Teile der eingesetzten Sprühvorrichtung gereinigt werden. Das Reinigen der Sprühvorrichtung etc. ist dabei oft sehr aufwändig und nimmt vergleichsweise mehr Zeit in Anspruch als der eigentliche Sprühvorgang. Um eine grosse Anzahl an unterschiedlichen Proben in kürzester Zeit zu applizieren und zu testen, ist es wichtig, den

erforderlichen Reinigungsprozess der Appl ikationsvorrichtung möglichst wenig aufwändig und kurz zu halten und auch den Einsatz grösserer Mengen an Reinigungsund Lösungsmitteln zu reduzieren, da sowohl durch die Beschaffung und speziell auch durch die Entsorgung der Reinigungs- und Lösungsmittel hohe Kosten anfallen und die Umwelt zusätzlich belastet wird.

Eine Sprühvorrichtung mit reduziertem Reinigungsaufwand ist in der US

2008/0012159 AI beschrieben.

Die Sprüh Vorrichtung weist einen druck] uftgcspeisten Sprühkopf (wie bei herkömmlichen Sprühmethoden) mit einer axialen Hauptdüse und zwei

Hornstrahldüsen auf, welcher im Wesentlichen einen kegelförmigen Luftstrom erzeugt. In den vom Sprühkopf erzeugten Luftstrom ist axial ein spritzenartig ausgebildeter Applikationsbehälter einführbar, welcher eine zu versprühende Substanz (Farbprobe) vorher aufgenommen hat. Der Applikationsbehälter ist mit einer kanülenartigen Spitze ausgestattet, welche in dem im Sprühkopf eingesetzten Zustand des Applikationsbehälters durch die axiale Hauptdüse des Sprühkopfs hindurchragt und ausserhalb des Sprühkopfs bzw. von dessen Hauptdüse ausmündet. Durch z.B. motorgesteuerten Vorschub des Spritzenkolbens des

Applikationsbehälters kann die Substanz durch die Spitze des Applikationsbehälters in den vom Sprühkopf erzeugten Luftstrom eingebracht werden, wobei die Substanz dann im Luftstrom zerstäubt bzw. vernebelt wird. Durch die Verwendung eines separaten Applikationsbehälters kommt die zu versprühende Substanz nicht mit dem Sprühkopf in Berührung, so dass eine Reinigung des Sprühkopfs nach jedem Substanz-/Probenwechsel wegfällt. Der spritzenartig ausgebildete

Applikationsbehälter selbst erfordert nur einen vergleichsweise geringen

Reinigungsaufwand oder kann auch als Einmalbehälter ausgebildet und nach jeder Anwendung weggeworfen werden.

Die aus der US 2008/0012159 AI bekannte Sprühvorrichtung löst zwar grundsätzlich das Reinigungsproblem bei solchen Sprühbeschichtungsprozessen, hat aber diverse andere Nachteile. Da die Applikationsbehälter in den Sprühkopf eingesetzt werden, müssen der Sprühkopf und die Applikations behälter baulich aufeinander abgestimmt sein. Das heisst, es kann nicht jeder beliebige handelsübliche Sprühkopf in

Kombination mit jedem beliebigen handelsüblichen Applikationsbehälter verwendet werden. Das Einsetzen und Entfernen der Applikationsbehälter erfordert ausserdem einen verhältnismässig hohen Handhabungsaufwand. Und schliesslich stellen gerade das Einsetzen und die anschliessende Entnahme der Applikationsbehälter in den bzw. aus dem Sprühkopf ein nicht zu vernachlässigendes Kontaminationsrisiko dar, welches unter Umständen doch eine Reinigung des Sprühkopfs erforderlich macht.

Die EP 2 218 513 AI offenbart eine Sprühvorrichtung zum elektrostatischen Laden und Einspritzen einer Probelösung in einen Gasstrom. Eine Spritze

(Applikationsbehälter) mit der Probelösung ist vor dem Auslass eines Gasrohrs angeordnet. Durch das aus dem Gasrohr strömende Gas wird die aus der Spritze herausgepresste Probelösung zerstäubt und auf ein Substrat aufgetragen. Optional können Mittel zum Ausrichten der relativen Position zwischen dem Gasrohr und dem Auslass aus dem Applikationsbehälter vorhanden sein.

Je nachdem wie der Applikationsbehälter mit Probelösung gefüllt wird, kann es auch bei dieser Sprühvorrichtung zu Verunreinigungen mit Probelösung kommen, die dann beispielsweise auf den Sprühkopf fallen könnten oder bei einem Starten des

Gasstroms durch diesen vom Applikationsbehälter weggerissen werden und unkontrolliert zum Substrat gelangen könnten.

Durch die vorliegende Erfindung soll nun ein verbessertes Sprühverfahren zur Verfügung gestellt werden, welches die beschriebenen Nachteile der bekannten Verfahren bzw. dafür eingesetzten Sprühvorrichtungen vermeidet. Konkreter soll ein Sprühverfahren der gattungsgemässen Art dahingehend verbessert werden, dass eine Kontaminierung des Sprühkopfs mit der zu versprühenden Substanz zuverlässig vermieden wird, dass das Verfahren in der Handhabung einfach und apparativ kostengünstig realisierbar ist und dass zu seiner Durchführung handelsübliche und in der Branche etablierte Sprühköpfe und Applikationsbehälter eingesetzt werden können.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe, im unabhängigen Patentanspruch 1 definierte Sprühverfahren und durch die im Patentanspruch 10 definierte Sprühvorrichtung gelöst. Besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Sprühverfahrens und der erfindungsgemässen Sprühvorrichtung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Patentansprüchen.

Hinsichtlich des Sprühverfahrens besteht das Wesen der Erfindung in Folgendem: Bei einem Sprühverfahren zur Deschichtung eines Substrats mit einer in einem Gasstrom zerstäubten Substanz wird mittels eines Sprühkopfs ein das Substrat beaufschlagender Gasstrom erzeugt. Die Substanz liegt dabei in einem

spritzenartigen, mit einer Applikationsspitze ausgestatteten Applikationsbehälter vor und wird aus diesem ohne Kontakt mit dem Sprühkopf in den Gasstrom eingebracht und durch diesen zerstäubt. Der die Substanz enthaltende Applikationsbehälter wird mit seiner Appl i kationsspitze ausserhalb des Sprühkopfs in einem (geringen) Abstand zu diesem quer zur Hauptströmungsrichtung des Gasstroms (mittig bzw. axial) in den Gasstrom eingeführt und die Substanz wird an dieser Stelle aus dem

Applikationsbehälter in den Gasstrom eingebracht.

Durch die seitliche Einführung des Applikationsbehälters bzw. von dessen

Applikationsspitze in den Gasstrom ausserhalb des Sprühkopfs wird einerseits jegliche Kontamination des Sprühkopfs zuverlässig vermieden. Insbesondere würden allfällige aussen an der Applikationsspitze haftende Substanztropfen während des Einführens der Applikationsspitze in den vorhandenen Gasstrom von diesem weggeblasen, bevor sie auf den Sprühkopf fallen können. Anderseits können unabhängig voneinander beliebige Kombinationen handelsüblicher Sprühköpfe und Applikationsbehälter eingesetzt werden. Ausserdem ist das Handling bei der Einführung des Applikationsbehälters bzw. dessen Applikationsspitze in den Gasstrom bzw. der Entfernung aus dem Gasstrom relativ einfach.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Sprühverfahrens besteht darin, dass die Dosiergeschwindigkeit der zu zerstäubenden Substanz unabhängig von der

Geschwindigkeit des Gasstroms variiert werden kann.

Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform kann als Appli kati onsbehälter eine Wegwerfspritze oder eine Wegwerfpipette eingesetzt werden, wodurch der

Rei nigungsaufwand beim Substanzwechsel völlig entfällt. Mit Vorteil wird der Applikationsbehälter mit Applikationsspitze aus einem Set von unterschiedlichen Applikationsbehältern mit unterschiedlichen Applikationsspitzen ausgewählt. Insbesondere können ohne oder mit geringem Aufwand verschiedene Spritzentypen (z.B. mit feineren Nadeln, mit viellöchrigen Nadeln) und vor allem auch verschiedene Spritzenvolumina eingesetzt bzw. gegeneinander ausgetauscht werden. Als Applikationsbehälter, aber auch als Applikationsspitzen sind eine Vielzahl von bereits kommerziell verfügbaren Produkten aus dem Bereich

Pipettierung in unterschiedlichsten Ausführungen (bezüglich Material, Grösse, Ausbildungsform) einsetzbar, die hier der Einfachheit halber nicht weiter differenziert werden.

Zur Erzielung optimaler Sprühergebnisse wird vorteilhafterweise die

Applikationsspitze des Applikationsbehälters in Hauptströmungsrichtung des Gasstroms gemessen von einer axialen Hauptdüse des Sprühkopfs in einem Abstand von 0.01 -5 cm, vorzugsweise 0.1-0.5 cm, angeordnet. Dieser Abstand ist z.B.

abhängig von der zu applizierenden Formulierung bzw. Substanz, der Spitzenart, der Umgebungstemperatur, der Umgebungsfeuchtigkeit oder der eingestellten Sprühform (Breitstrahl, Rundstrahl) und es ist deshalb vorteilhaft, wenn dieser Abstand variiert werden kann, um ein optimales oder gewünschtes Sprühergebnis zu erzielen.

Zweckmässigerweise wird ein Sprühkopf eingesetzt, der zwei gegenüberliegende Hornluftdüsen aufweist, welche zwei einwärts gerichtete Horngasströme erzeugen, wobei die Appli kationsspitze des Applikationsbehälters im Kreuzungsbereich der beiden Horngasströme angeordnet wird. Die zusätzlichen Horngasströme sorgen für eine zusätzliche Vernebelung und definieren die Form des Sprühergebnis ses (Rundstrahl, Breitstrahl).

Vorteilhafterweise wird das Substrat während des Sprühvorgangs bzw. während der Beaufschlagung mit der zerstäubten Substanz in einer quer zur

Hauptströmungsrichtung des Gasstroms ausgerichteten Ebene ein- oder zweidimensional bewegt. Alternativ werden der Sprühkopf und der Applikationsbehälter mit Applikationsspitze während der Beaufschlagung des Substrats mit der zerstäubten Substanz in einer oder zwei Dimensionen quer zur Hauptströmungsrichtung des Gasstroms bewegt. Das Substrat wird so komplett und mit gleichmässigcr

Schichtdickc beschichtet. Im Hinblick auf ein möglichst optimales Sprühergebnis wird der Sprühkopf vorteilhafterweise mit einem Druck von 1- 10 bar, vorzugsweise 3-4 bar, und einem Gasdurchsatz von 100-1000 1/min, vorzugsweise 200-600 1/min, betrieben.

Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung werden gleichzeitig oder sequentiell die Applikationsspitzen von mehr als einem Applikationsbehälter in den Gasstrom L eingebracht und die in den Applikationsbehältern enthaltenen, unterschiedlichen zu sprühenden Substanzen werden entweder nacheinander oder gleichzeitig in den Gasstrom L abgegeben und zerstäubt. Diese Ausbildung des Sprühverfahrens erlaubt es, beispielsweise mehrere

unterschiedliche Farbformulierungen F entweder unmittelbar nacheinander oder sogar gleichzeitig auszusprühen, was eine Durchmischung der unterschiedlichen Farbnebel FN ermöglicht. Dies wäre beispielsweise bei der Applikation von Zweikomponenten- Systemen von Vorteil. Es könnte so aber auch zusätzlich zur Farbformul ierung F ein Lösungsmittel oder eine andere Hilfssubstanz in den Sprühnebel zugegeben werden, zum Beispiel um die Verdunstung der in der Farbformulierung enthaltenen

Lösungsmittel bei hohen Umgebungstemperaturen zu kompensieren.

Hinsichtlich der Sprühvorrichtung besteht das Wesen der Erfindung in Folgendem: Eine Sprühvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Sprühverfahrens umfasst einen Sprühkopf zur Erzeugung eines das Substrat beaufschlagenden Gasstroms und einen mit einer Applikationsspitze ausgestatteten Applikationsbehälter zur Aufnahme einer im Gasstrom zu zerstäubenden Substanz. Die Sprühvorrichtung umfasst ferner einen Roboter, vorzugsweise einen Mehrachsen-Roboter, zur

Aufnahme des Applikationsbehälters aus einem Vorratsbehälter und zur Einbringung der Applikationsspitze des aufgenommenen Applikationsbehälters in den vom Sprühkopf erzeugten Sprühstrahl quer zur Hauptströmungsrichtung des Gasstroms an einer Position ausserhalb des Sprühkopfs in einem Abstand zu diesem. Unter Roboter, speziell Mehrachsen-Roboter, wird im Rahmen dieser Erfindung jede Art von motorisch angetriebenen, elektrisch bzw. elektronisch gesteuerten und mit Greifmechanismen ausgestatteten Manipulationsmitteln verstanden, welche gesteuert Gegenstände greifen und in mindestens zwei Raumrichtungen bewegen können.

Vorteilhafterweise umfasst die Sprühvorrichtung auch Austragmittel zur Ausbringung von im Applikationsbehälter enthaltener Substanz aus dem Applikationsbehälter in den vom Sprühkopf erzeugten Gasstrom.

Zweckmässigerweise ist der Roboter dazu ausgebildet, einen teilweise oder ganz entleerten Applikationsbehälter nach dessen Benutzung aus dem Gasstrom zu entnehmen und vorzugsweise in einen Abfallbehälter zu werfen.

Vorteilhafterweise ist die Sprühvorrichtung dazu ausgebildet, den Abstand zwischen dem Sprühkopf und der Applikationsspitze und/oder den Abstand zwischen der Applikationsspitze und dem Substrat automatisch oder manuell zu verstellen. Dies erlaubt die Anpassung an die unterschiedlichsten Betriebsbedingungen und die Optimierung des Sprühbilds auf dem Substrat.

Vorteilhafterweise ist die Sprühvorrichtung zur sequentiellen oder gleichzeitigen Einführung der Applikationsspitzen von zwei oder mehreren Applikationsbehältem in den Gasstrom ausgebildet. Dies erlaubt die sequentielle bzw. simultane Vernebelung zweier oder mehrerer Substanzen.

Zweckmässigerweise ist der Applikationsbehälter eine Wegwerfspritze oder eine Wegwerfpipette, welche nach Gebrauch entsorgt werden kann und nicht gereinigt werden muss.

Zweckmässigerweise ist die Applikationsspitze gerade ausgebildet und eine

Auslassöffnung der Applikationsspitze mündet rechtwinklig in den Gasstrom aus, so dass die zu applizierende Substanz rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung des Gasstroms in diesen einbringbar ist. In einer ebenfalls vorteilhaften Variante ist die Applikationsspitze gerade ausgebildet und weist mindestens eine seitliche Auslassöffnung auf, durch die die zu

applizierende Substanz in den Gasstrom einbringbar ist. Die zu applizierende Substanz ist so in Hauptströmungsrichtung des Gasstroms in diesen einbringbar.

In einer alternativen vorteilhaften Variante ist die Applikationsspitze abgewinkelt ausgebildet und eine Auslassöffnung der Applikationsspitze mündet in Richtung des Gasstroms aus, so dass die zu applizierende Substanz parallel zur

Hauptströmungsrichtung des Gasstroms in diesen einbringbar ist.

Vorteilhafterweise ist der Roboter dazu ausgebildet, den Sprühkopf zusammen mit dem Applikationsbehälter in wenigstens einer Dimension quer zur

Hauptströmungsrichtung des Gasstroms zu bewegen. Dadurch kann eine

gleichmässige Beaufschlagung des Substrats über dessen gesamte zu besprühende Fläche erreicht werden.

Alternativ oder zusätzlich weist die Sprühvorrichtung einen zweiten Roboter zur Halterung eines Substrats und zur Bewegung desselben in mindestens einer Richtung quer zur Hauptströmungsrichtung des Gasstroms auf. Auch dadurch kann eine gleichmässige Beaufschlagung des Substrats über dessen gesamte zu besprühende Fläche erreicht werden.

Vorteilhafterweise umfasst die Sprühvorrichtung eine elektronische Steuerung für den Roboter und gegebenenfalls den zweiten Roboter, für Austragmittel zur Ausbringung von im Applikationsbehälter enthaltener Substanz aus dem

Applikationsbehälter und für eine Gaszufuhr zum Sprühkopf, wobei die Steuerung so programmiert ist, dass sie die für die Durchführung des Sprühverfahrens

erforderlichen Abläufe selbständig steuern kann. Auf diese Weise kann die

Sprühvorrichtung automatisch arbeiten.

In einer vorteilhaften Ausfuhrungsvariante ist die elektronische Steuerung so programmiert, dass sie die für die Durchführung des Sprühverfahrens erforderlichen Abläufe und Parameter iterativ optimiert. Die elektronische Steuerung ermöglicht so ein automatisiertes Optimieren der Abläufe und speziell der Parameter, die das Sprühbild beeinflussen, insbesondere Geschwindigkeit des Gasstroms,

Dosiergeschwindigkeit der Substanzausbringung, Distanzen zwischen Sprühkopf, Applikationsspitze und Substrat, Horngasströmung etc. Dazu wird nach einem ersten Sprühvorgang das besprühte Substrat in einem geeigneten Analysegerät

beispielsweise im Hinblick auf die Farbe und die Homogenität der Farbschicht, etc. geprüft, anschliessend der Sprühvorgang mit einem oder mehreren geänderten Parametern wiederholt, das neue Substrat ebenfalls geprüft und über einen Vergleich der ersten und der nachfolgenden Prüfergebnisse entschieden, ob die Parameter- Änderung zu einer Verbesserung oder Verschlechterung des Sprühergebnisses geführt hat. So lassen sich iterativ über mehrere Sprühvorgänge und anschliessende Prüfung der Sprühergebnisse die optimalen Parameter für den Sprühvorgang automatisch ermitteln. Im Detail könnte ein solcher iterativer Optimierungsprozess folgendermassen aussehen:

1 ) Sprühen einer Substanz, beispielsweise Farbe, auf ein Substrat mit einem

Parametersatz Λ.

2) Analyse des Substrats in einem Analysegerät auf Inhomogenitäten, wobei das Analysegerät beispielsweise Inhomogenitäten, z.B. in Form kleiner Bläschen auf der Farboberfläche, feststellt.

3) Das Sprühverfahren wird wiederholt, aber mit einem durch die Software des Steuercomputers gegenüber Parametersatz A leicht geänderten Parametersatz B, bei dem z.B. die Stärke des Gasstroms leicht verringert wurde.

4) Die Analyse wird wiederholt und zeigt z.B. eine bereits geringere

Bläschenbildung.

5) Ein weiterer Sprühvorgang, mit einem ebenfalls durch die Software des

Steuercomputers angepassten Parametersatz C (mit z.B. in diesem Fall leicht reduzierter Geschwindigkeit der Ausbringung der Farbe in den Gasstrom), wird durchgeführt.

6) Eine weitere Analyse des neuen Sprühergebnisses zeigt nun beispielsweise keinerlei Inhomogenitäten der aufgesprühten Farbschicht mehr.

7) Die Software der elektronischen Steuerung speichert den optimierten

Parametersatz C und verwendet ihn für weitere Sprühvorgänge. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen detaillierter beschrieben. Es zeigen: Fig. l a-l d - eine schematische Darstellung eines Aus führungsbeispi el s des

erfindungsgemässen Sprühverfahrens,

Fig. 2a-2d - eine Seitenansicht, eine Aufsicht, eine Frontalansicht und eine

Schnittansicht eines für das erfindungsgemässe Sprühverfahren geeigneten Sprühkopfs, eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Sprühvorrichtung im Ruhezustand, eine Aufsicht der Sprühvorrichtung von Fig. 3 in einem für den Sprühvorgang bereiten Zustand, eine Seitenansicht analog Fig. 3 der Sprühvorrichtung während eines Sprühvorgangs, eine Skizze zur Erläuterung der Bewegung eines Substrats relativ zum Sprühkopf, je eine Skizze zweier möglicher Ausbildungsformen von Applikationsspitzen und

Fig. 8 - ein gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 leicht

modifiziertes Ausführungsbeispiel der Sprühvorrichtung. Für die nachstehende Beschreibung gilt die folgende Festlegung: Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugszeichen angegeben, aber im unmittelbar zugehörigen Beschreibungsteil nicht erwähnt, so wird auf deren Erläuterung in vorangehenden oder nachfolgenden Beschreibungsteilen verwiesen. Umgekehrt sind zur Vermeidung zeichnerischer Überladung für das unmittelbare Verständnis weniger relevante Bezugszeichen nicht in allen Figuren eingetragen. Hierzu wird auf die jeweils übrigen Figuren verwiesen. Im Folgenden wird die Erfindung rein beispielsweise im Zusammenhang mit der Sprühapplikation einer flüssigen Farbformulierung auf ein Substrat beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass das erfindungsgemässe Verfahren und die entsprechende erfindungsgemässe Vorrichtung grundsätzlich auch für die Sprühapplikation anderer Substanzen als Farbformulierungen oder Klebstoffen bzw. Klebstoffformulierungen einsetzbar sind, sofem die betreffenden Substanzen zu einer Zerstäubung bzw.

Vemebelung (Aerosol-Bildung) in einem Luft- bzw. allgemeiner Gasstrom geeignet sind. Neben flüssigen Substanzen kommen dafür grundsätzlich auch pulverförmige Substanzen in Frage. Zur Zerstäubung bzw. Vemebelung der Substanz wird normalerweise Druckluft eingesetzt, es ist jedoch auch möglich, irgendein anderes Gas bzw. Gasgemisch dafür einzusetzen. Die folgenden Erläuterungen beschränken sich der Einfachheit halber auf eine Farbformulierung als zu applizierende Substanz und (Druck-)Luft als für die Vemebelung bzw. Zerstäubung der Substanz eingesetztes Gasgemisch. In den Figuren l a-ld sind die typischen Schritte des erfindungsgemässen

Sprühverfahrens dargestellt.

Eine zu applizierende Substanz - hier im Beispiel eine flüssige Farbformulierung F - steht in einem Vorratsbehälter V bereit (Fig. la). Eine gewünschte (relativ kleine) Menge der Farbformulierung F wird aus dem Vorratsbehälter V in einen

Applikationsbehälter 10 aufgezogen (Fig. 1b). Der Applikationsbehäiter 10 ist spritzenartig ausgebildet und weist eine Kammer 1 1 , einen darin axial verstellbaren Kolben 12, einen Kolbenstempel 13 und eine Appl ikationsspitze 14 auf. In der Praxis wird als Applikationsbehälter 10 vorteilhafterweise eine handelsübliche

Wegwerfspritze oder eine (Kolben-)Pipette eingesetzt. Die Applikationsspitze 14 ist vorteilhaft als handelsübliche Dosiernadel oder Kanüle ausgelegt. Diese beiden eben beschriebenen vorbereitenden Schritte können auch ausserhalb des eigentlichen Sprühverfahrens erfolgen, wobei eine gewünschte Anzahl von

Applikationsbehältern 10 mit unterschiedlichem oder gegebenenfalls auch gleichem Inhalt bereitgestellt werden.

Für das Sprühverfahren wird unter Einsatz eines Sprühkopfs 20 ein im Wesentlichen kegelförmiger Luftstrom (bzw. allgemein Gasstrom) L erzeugt, wobei der Sprühkopf 20 so im Abstand vor einem zu besprühenden (ebenen) Substrat S angeordnet ist, dass der Luftstrom L das Substrat S beaufschlagt (Fig. 1 c). Der Sprühkopf 20 ist im Betrieb über eine Versorgungsleitung 21 an eine nicht dargestellte Druckluftquelle angeschlossen. Der Druck der Druckluft beträgt beispielsweise 3-4 bar, der

Luftdurchfluss etwa 200-600 L/min.

Der Applikationsbehältcr 10 wird mit seiner Applikationsspitze 14 seitlich, also quer zur Hauptströmungsrichtung des Luftstroms L in den vom Sprühkopf 20 erzeugten Luftstrom L eingeführt, so dass sich das freie Ende (die Auslassöffnung) der Applikationsspitze 14 in einem relativ geringen axialen Abstand ds (Fig. 2d) vom Sprühkopf 20 etwa mittig (axial) im Luftstrom L befindet. Durch axiale Verstellung des Kolbens 12 in der Kammer 11 des

Applikationsbehälters 10 wird Farbformulierung F aus dem Applikationsbehälter 10 in den Luftstrom L eingebracht und dort zerstäubt. Der aus dem Gemisch von Luft und feinsten Farbtröpfchen bestehende Sprühnebel ist in Fig. ld mit FN bezeichnet. Der Sprühnebel FN beaufschlagt das Substrat S und erzeugt auf diesem einen Beschichtungsfleck FS.

Die Austrittsöffnung der Applikationsspitze 14 des Applikationsbehälters 10 muss ausreichend klein sein, um sehr feine Tröpfchen der Farbformulierung F in den Luftstrom L abzugeben. Der Abstand ds der Applikationsspitze 14 vom Sprühkopf 20 bzw. dessen Hauptdüse 24 beträgt nur wenige Millimeter, typisch etwa 0.01 -5 cm. Die Applikationsspitze 14 kann, wie in Fig. 7a als 14a dargestellt, gerade sein und in einem rechten Winkel in den Luftstrom L hineinragen, so dass die Auslassöffnung der Spitze ebenfalls im rechten Winkel zum Luftstrom liegt, oder aber, wie in Fig. 7b dargcstcllt, als gebogene Applikationsspitze 14b vorliegen, bei der der vordere Teil der Spitze so umgebogen ist, dass die Auslassöffnung der Spitze parallel zum

Luftstrom liegt. Alternativ kann die Applikationsspitze auch mit einer oder mehreren seitlichen Auslassö Artungen versehen sein. Möglich sind auch Ausmündungen der Auslassöffnung der Applikationsspitze in den Luftstrom in beliebig anderen Winkeln als rechtwinklig oder parallel zur Hauptströmungsrichtung des Luftstroms L.

Um auf der ganzen zu besprühenden Fläche des Substrats S eine homogene

Farbschicht aufzutragen, wird das Substrat S, z.B. wie in Fig. 6 skizziert, in seiner eigenen Ebene in einer oder zwei Richtungen (horizontal und/oder vertikal) bewegt. Dies kann auch von Vorteil sein, wenn auf dem Substrat S eine grössere Fläche beschichtet werden soll, als der Sprühnebel FN unmittelbar beaufschlagen kann. Ein möglicher Verfahrweg des Substrats S ist in Fig. 6 mit 65 bezeichnet. Der axiale Abstand zwischen dem Substrat S und dem Sprühkopf 20 bleibt dabei konstant, könnte in einer vorteilhaften Ausführung aber auch während einem oder zwischen mehreren Sprühvorgängen angepasst werden. Alternativ zur Bewegung des Substrats S kann auch der Sprühkopf 20 zusammen mit der Applikationsspitze 14 des

Applikationsbehälters 10 quer zur Strömungsrichtung des Sprühnebels FN in einer oder zwei Dimensionen verstellt werden.

Als Sprühkopf 20 kann ein handelsüblicher Sprühkopf eingesetzt werden. Ein Beispiel eines geeigneten Sprühkopfs 20 ist in den Figuren 2a-2d in einer

Dreiseitenansicht (Figuren 2a-c) und einer Schnittansicht (Fig. 2d) dargestellt.

Der Sprühkopf 20 weist ein Gehäuse 22 auf, an dessen einem Ende ein Einlass 23 für den Anschluss der Druckluftversorgungsleitung 21 (Fig. lc) angeordnet ist. Am anderen Ende des Gehäuses sind eine axiale Hauptdüse 24 und zwei diametral gegenüberliegende Hornluftdüsen (bzw. allgemein Horngasdüsen) 25 angeordnet. Die axiale Hauptdüse 24 und die beiden Hornluftdüsen 25 sind mit dem Einlass 23 über im Gehäuse 22 vorgesehene Leitungen 26 bzw. 27 kommunizierend verbunden. Die Hauptdüse 24 und die beiden Hornluftdüsen 25 erzeugen zusammen den schon genannten, im Wesentlichen kegelförmigen Luftstrahl L, wobei dieser aufgrund der von den beiden Hornluftdüsen 25 erzeugten, einwärts gerichteten, vorteilhaft justierbaren Hornluftströme (bzw. allgemein Homgasströme) in seiner Form

zwischen Breit- und Rundstrahl variiert werden kann.

Als Sprühkopf könnte auch ein handelsüblicher Sprühkopf mit Zufuhröffnung(en) für zu versprühende Substanz eingesetzt werden, wobei dann aber dessen

ZufuhrÖffhung(en) für zu versprühende Substanz inaktiv bzw. verschlossen wäre(n), der Sprühkopf also nur zur Erzeugung des Gasstroms dienen würde.

Die Figuren 3-5 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer kompletten Sprühvorrichtung, die zur vollautomatischen Durchführung des erfindungsgemässen Sprühverfahrens geeignet ist.

Die Sprühvorrichtung ist auf einer Grundplatte 1 aufgebaut. Auf der Grundplatte 1 sind ein erster Mehrachsen-Roboter 30, eine Halterung 40 für den Sprühkopf 20, eine Halterung 50 für einen Applikationsbehälter 10, ein zweiter Mehrachsen-Roboter 60 und eine Sprühkammer 70 angeordnet. Ferner befinden sich auf der Grundplatte 1 ein Magazin 81 für bereitgestellte Applikationsbehälter 10, ein Abfallbehälter 82 für leere bzw. weggeworfene Applikationsbehälter 10 und ein Sammelbehälter 90 zur Aufnahme von fertig besprühten Substraten S.

Der auf einem Montagegestell 31 aufgebaute erste (Mehrachsen-)Roboter 30 um asst als wesentlichstes Element einen Mehraehsen-Roboterarm 32, an dessen vorderstem Ende ein Grei fmechani smus 33 zur Erfassung eines Applikationsbehälters 10 angeordnet ist. Die Halterung 40 ist im Wesentlichen ein Standfuss. An deren oberem Ende ist der Sprühkopf 20 montiert. Der Sprühkopf ist (im Betrieb der Vorrichtung) über die Versorgungsleitung 21 an eine nicht dargestellte Druckluftquelle angeschlossen. Die Halterung 50 ist ebenfalls im Wesentlichen ein Standfuss, an dessen oberem Ende eine Aufnahmevorrichtung 51 und eine Führung 52 (Fig. 4) für einen Applikationsbehälter 10 angeordnet sind. An der Halterung 50 ist ausserdem noch eine Antriebsvorrichtung 53 für den Kolben 12 eines eingelegten

Applikationsbehälters 10 angeordnet (Fig. 4). Bei dieser Antriebsvorrichtung kann es sich um einen Vorschubantrieb handeln, wie er beispielsweise von vollautomatischen Pipettiersystemen bekannt ist. Der Kolben 12, der Kolbenstempel 13 und die Antriebsvorrichtung 53 bilden zusammen Austragmittel zur Ausbringung der im Applikationsbehälter 10 befindlichen Substanz in den Gasstrom L.

Der ebenfalls auf einem Montagegestell 61 aufgebaute zweite Mehrachsen-Roboter 60 umfasst als wesentlichstes Element einen Roboterarm 62, der nach Art eines Kreuztisches vertikal (senkrecht zur Grundplatte 1) und horizontal (senkrecht zur Zeichenebene) bewegt werden kann. Am freien Ende des Roboterarms 62 ist eine Haltevorrichtung 63 für ein zu beschichtendes Substrat S angeordnet. Die

Haltevorrichtung 63 kann z.B. als Vakuum-Haltevorrichtung ausgebildet sein, die (im Betrieb) über eine Leitung 64 mit einer nicht dargestellten Vakuum- oder

Unterdruckquelle verbunden ist.

Die Sprühkammer 70 bildet einen vorteilhaft mit einem Filter versehenen Abzug für vagabundierenden bzw. am Substrat vorbeigegangenen Sprühnebel und ist über ein Absaugrohr 71 mit einer nicht dargestellten Absaugvorrichtung verbunden.

Die gegenseitige Anordnung der beschriebenen Komponenten der Sprühvorrichtung ist aus der Fig. 3 (Seitenansicht) und der Fig. 4 (Ansicht von oben) klar sichtbar.

Ferner umfasst die Sprühvorrichtung noch eine elektronische Steuerung 100, welche sowohl die beiden Mehrachsen-Roboter 30 und 60, die Antriebsvorrichtung 53 für den Vorschub des Kolbens 12 des Applikationsbehälters, als auch die benötigten Ventile (Vakuum, Sprühkopfsteuerung) ansteuert. Die Steuerung 100 muss nicht unbedingt auf der Grundplatte 1 angeordnet sein, sondern kann z.B. auch durch einen entsprechend verbundenen externen Rechner realisiert sein. Die Steuerung 100 kann auch dazu ausgebildet sein, über hier nicht dargestellte Verstellmittel den Abstand zwischen der Applikationsspitze des Applikationsbehälters und dem Sprühkopf und gegebenenfalls auch den Abstand zwischen der Applikationsspitze des

Applikationsbehälters und dem Substrat zu verstellen, entweder aufgrund eines manuellen Befehls oder selbsttätig anhand z.B. einer Analyse des Sprühbilds auf dem Substrat. In Fig. 3 ist die Sprühvorrichtung in Ruhekonfiguration dargestellt. Im Magazin 81 ist eine Anzahl von bereits vorgängig befullten Applikationsbehältern 10 bereitgestellt. Ein zu besprühendes Substrat S ist an der Haltevorrichtung 63 des zweiten

Mehrachsen-Roboters 60 festgehalten.

Die Funktionsweise der Sprühvorrichtung ist wie folgt, wobei alle Abläufe von der Steuerung 100 initiiert und kontrolliert werden:

Auf den Startbefehl der Steuerung 100 bewegt sich der Arm 32 des ersten

Mehrachsen-Roboters 30 über das Magazin 81 und nimmt mit seinem

Greifmechanismus 33 einen dort bereitgestellten Applikationsbehälter 10 auf. Nun wird der Applikationsbehälter 10 vom Mehrachsen-Roboter 30 zum Vorratsbehälter V bewegt und die Spitze des Applikationsbehälters in die Farbformulierung F getaucht. Hier wird eine gewünschte (relativ kleine) Menge der Farb ormulierung F durch zurückziehen des Kolbens 13 (siehe Fig. 1b) in den Applikationsbehälter 10 aufgesaugt. Daraufhin bewegt sich der Arm 32 des Mehrachsen-Roboters 30 über die Halterung 50 und fährt mit dem Applikationsbehälter 10 in die Aulhahmevorrichtung 51 und Führung 52 der Halterung ein (Fig. 4). Die Spitze 14 des

Applikationsbehälters 10 befindet sich dabei, wie im Zusammenhang mit den Figuren lc und ld beschrieben, im axialen Abstand vor dem Sprühkopf 20 im Wesentlichen etwa in der Mitte des vom Sprühkopf 20 erzeugten Luftstroms L. Vorteilhafterweise lässt sich der Abstand zwischen Sprühkopf 20 und Applikationsspitze 14 automatisch während dem Sprühvorgang oder manuell zwischen einzelnen Sprühvorgängen so verändern, dass sich das Sprühbild (beeinflusst Beschichtungs fleck FS) in Grösse und Farbnebel-Dichte einstellen lässt.

Nachdem der Sprühkopf 20 aktiviert wurde und der genannte Luftstrom stabil ist, verschiebt die Antriebsvorrichtung 53 auf der Halterung 50 den Kolben 12 des Applikationsbehälters 10, wobei die im Applikationsbehälter 10 befindliche

Farbformulierung F nach und nach aus diesem in den Luftstrom L eingebracht wird und durch dessen Zerstäubung ein Farbformul ierungsnebel FN entsteht, der wiederum das Substrat S beaufschlagt (Fig. 5). Die Bewegung des Kolbens 12 des Appl ikati onsbehälters 10 kann alternativ auch durch den ersten Mehrachsen-Roboter 30 mittels dessen Grei fmechani smus 33 erfolgen. Die Geschwindigkeit, mit der die Farbformulierung F in den Luftstrom L abgegeben wird, und/oder der Luftstrom selbst (Luftmenge, Luftgeschwindigkeit) lassen sich variieren, um das Sprühbild zu verändern.

Bei Bedarf kann das Substrat S mittels des zweiten Mehrachsen-Roboters 60 während des Sprühvorgangs auf und ab sowie hin und her bewegt werden, wie dies in Fig. 6 skizziert ist. Vorteilhafterweise lässt sich dabei auch der Abstand zwischen

Applikationsspitze 14 und Substrat S während dem Sprühvorgang oder manuell zwischen einzelnen Sprühvorgängen so verändern, dass sich das Sprühbild

(beeinflusst Beschichtungsfleck FS) in Grösse und Farbnebel- Dichte einstellen lässt.

Nach dem Ende des Sprühvorgangs wird der Applikationsbehälter 10 mittels des ersten Mehrachsen-Roboters 30 in den Abfallbehälter 82 geworfen. Das fertig besprühte Substrat S wird anschliessend im Sammelbehälter 90 abgelegt. Auch dies kann z.B. mittels des ersten Mehrachsen-Roboters 30 erfolgen, sofern dieser mit geeigneten Mechanismen zum Ergreifen des Substrats ausgerüstet ist.

Bei Bedarf werden die beschriebenen Abläufe mit einem neuen Substrat und einem neuen Applikationsbehälter wiederholt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erf ndungs gemässen

Sprühvorrichtung verfügt, wie in Fig. 8 dargestellt, anstelle des ersten und zweiten Roboters über einen einzelnen Multifunktions-Roboter 130, der die Funktionen dieser beiden Roboter übernimmt: Der Multifunktions-Roboter 130 nimmt z.B. den Applikationsbehälter 10 mit Applikationsspitze 14 auf und fixiert diese in einem auf einer Parkstation 1 10 gelagerten, vom Multifunktions-Roboter aufnehmbaren Sprühwerkzeug 120 mit eingebautem Sprühkopf 20 und Applikationsbehälter- Halterang 51 inklusive Antrieb 53 (letztere beide in Fig. 8 zur Vereinfachung nicht zeichnerisch dargestellt), nimmt anschliessend dieses Sprühwerkzeug 120 auf und bewegt es während dem Sprühvorgang am fix auf einem Substrathalter 66 angebrachten Substrat S vorbei (siehe auch Fig. 6). ln einer weiteren, zeichnerisch nicht dargestellten Ausfuhrungsform ist die

Sprühvorrichtung dazu ausgebildet, gleichzeitig oder sequentiell die

Applikationsspitzen 14 von mehr als einem Applikationsbehälter 10 in den Luftstrom L des Sprühkopfs 20 einzubringen. Dies erlaubt es, mehrere unterschiedliche Farbformul ierungen F entweder unmittelbar nacheinander oder sogar gleichzeitig auszusprühen, was eine Durchmischung der unterschiedlichen Farbnebel FN ermöglicht. Dies ist beispielsweise bei der Applikation von Zweikomponenten- Systemen von Vorteil. Es könnte so aber auch zusätzlich zur Farbformulicrung F ein Lösungsmittel oder eine andere Hilfssubstanz in den Sprühnebel zugegeben werden, zum Beispiel um die Verdunstung der in der Farbformulierung enthaltenen

Lösungsmittel bei hohen Umgebungstemperaturen zu kompensieren.