Es zeigt 1 ein elektrostatisches Wirbelbadverfahren nach dem Stand der Technik.

Es zeigt 2 die Basiskonfiguration einer erfindungsgemäßen elektrostatischen Fluidisierungsvorrichtung.

Es zeigt 3 eine elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung mit Drahtelektroden zwischen zwei Sinterböden sowie mit einer Schablone als elektrostatischer Hinterlegung.

Es zeigt 4 eine elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung samt einer Förderanlage zum Eintauchen eines Werkstücks.

Es zeigt 5 die Leistungsbegrenzung bei einer elektrostatischen Fluidisierungsvorrichtung mittels Vorschaltwiderständen.

Es zeigt 6 Drahtelektroden bei einer elektrostatischen Fluidisierungsvorrichtung, welche teilweise frei im Fluid bewegbar sind.

Es zeigt 7 eine elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung mit einer Wechselspannungselektrode.

Es zeigt 8 die Unterteilung eines Fluidisierbehälters in mehrere Segmente zur Erzielung mehrfarbiger Designs bei der Beschichtung.

Es zeigt 9 ein erstes Dosiersystem.

Es zeigt 10 ein zweites Dosiersystem.

Es zeigt 11 den Einsatz einer erfindungsgemäßen elektrostatischen Fluidisierungsvorrichtung im Rahmen eines Transfer-Applikationsverfahrens.

Es zeigt 12 eine weitere Einsatzmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Fluidisierungsvorrichtung.

1 zeigt eine Fluidisierungsvorrichtung nach dem Stand der Technik. Diese weist einen Fluidisierbehälter 1 (mit b₁ = 250 mm) mit Seitenwänden 1a und Boden 1b auf. Oberhalb des Bodens mündet eine Fluidisierluftzuführung 4 in den Behälter 1. Oberhalb der Luftzufuhr 4 ist im Behälter 1 eine Elektrode A (ein Drahtgeflecht) angeordnet. Am oberen Ende des Fluidisierbehälters ist im Fluidisierbehälter 1 ein Fluidisierboden 2 angeordnet. Oberhalb dessen befindet sich im Fluidisierbehälter 1 ein Volumen 5 zur Aufnahme von fluidisiertem bzw. zu fluidisierendem Pulver 5a. Oberhalb der Elektrode A des Fluidisierbodens 2 sowie des Fluidisierbehälters 1 befinden sich Luftionen (–). Im Bereich 6 (oberhalb des Volumens 5) ist mit durch die Luftionen aufgeladenen Beschichtungsstoffpartikeln 7 ein Werkstück 8, welches über die Fluidisiervorrichtung 1 gefahren werden kann (horizontaler Pfeil) beschichtbar. Durch die Luftzufuhr 4 wird dem Fluidisierbehälter 1 Fluidisierluft zugeführt. Diese wird mit Hilfe der Elektrode A zumindest teilweise ionisiert. Die Elektrode A bzw. das Drahtgeflecht erzeugt also Luftionen zur Aufladung der Pulverpartikel. Die Luft bzw. die entsprechenden Ionen tritt mit einer Luftgeschwindigkeit von etwa 0,01 m/s und unter einem Luftdruck von mehreren bar durch die Poren des Fluidisierbodens 2 in das Volumen 5 oberhalb des Fluidisierbodens 2 hindurch. In diesem Volumen 5 befin- det sich ein (durch die Luftzufuhr fluidisiertes) Be- schichtungspulver 5a, welches durch die Luftionen zumindest teilweise aufgeladen wird. Der Fluidisierboden 2 besteht aus Polyethylen-Sintermaterial. Durch das Einströmen der Luftionen in das fluidisierte Pulver 5a bildet sich oberhalb des Volumens 5 bzw. oberhalb des Fluidisierbehälters 1 im Beschichtungsbereich 6 eine Fluidisierwolke, d.h. eine Wolke aus aufgeladenen Partikeln 7 und Luftionen 7. Durch diese Fluidisierwolke wird das Substrat bzw. das Werkstück 8 beschichtet. Zur Beschichtung bzw. während der Beschichtung wird das Werkstück 8 über die Fluidisierwolke bzw. über den Fluidisierbehälter 1 gefahren.

2 zeigt die Basiskonfiguration einer erfindungsgemäßen Fluidisierungsvorrichtung in Seitenansicht (d. h. in einer Blickrichtung in der Ebene des Fluidisierbodens 2). Die 1 entsprechenden Bauteile tragen dieselben Bezugszeichen. Der Fluidisierbehälter 1 (Seitenwände 1a, Boden 1b) weist in seinem Inneren einen Glassinterboden 2 als Fluidisierboden auf. Unterhalb des Fluidisierbodens wird Fluidisierluft über die Luftzufuhr 4 zugeführt. Die Bauhöhe des Fluidisierbehälter 1 beträgt im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Behälter lediglich b₂ = 100 mm. Wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Fluidisierbehälters 1 ist, dass unmittelbar oberhalb des Fluidisierbodens 2 dünne Drahtelektroden 3 mit einem Durchmesser < 0,1 mm (hier: 60 &mgr;m) angeordnet sind.

Diese verlaufen in Längsrichtung parallel zum Boden 2 und in die Zeichenebene hinein, so dass sie als Punkte dargestellt sind. Die Drahtelektroden 3 weisen eine strombegrenzte Hochspannungsversorgung (siehe 5) auf und werden mit Hochspannungen > etwa 6 kV, bevorzugt zwischen 10 und 30 kV versorgt. Im Volumen 5 des Fluidisierbehälters 1 oberhalb des Fluidisierbodens 2 befindet sich zu fluidisierendes Beschichtungspulver 5a. Die Füllmenge des Beschichtungspulvers 5a im Fluidisierbehälter ist hierbei möglichst gering. Die durch die Luftzufuhr 4 zugeführte Luft tritt durch die Poren des Glassinterbodens 2 und wird durch die hohen Feldstärken an den Drahtelektroden 3 zumindest teilweise ionisiert. Durch die Luftzufuhr wird das Beschichtungspulver 5a fluidisiert, durch die ionisierten Luftanteile wird das Beschichtungspulver 5a zumindest teilweise elektrostatisch aufgeladen. Hierdurch bildet sich eine Fluidisierwolke innerhalb des Bereichs 6 oberhalb des Volumens 5, in der sich aufgeladene Beschichtungsstoffpartikel 7 und Luftionen 7 befinden. Das Werkstück 8 (geerdet) wird über die Fluidisierwolke im Bereich 6 gefahren und hierdurch beschichtet.

Der elektrostatische Fluidisierbehälter 1 ist aus elektrisch isolierendem Material (Kunststoff, bevorzugt POM oder polyimidbasierende Materialien, Glas, keramische Materialien) aufgebaut. Insbesondere polyimidbasierende Materialien, Glas und Keramiken ändern sich hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften nicht bei Korona-Entladungen der Drahtelektroden 3.

Die Minimierung der gespeicherten elektrischen Energie beim elektrostatischen Fluidisierbehälter 1 kann zum einen durch die Reduzierung der Korona-Einsatzspannung, also der Spannung, ab der mit den Drahtelektroden 3 eine Korona-Entladung und somit eine Luftionisation möglich ist (bisher ca. 70 kV), zum anderen durch die Verringerung der Kapazität der Elektroden 3 erfolgen. Peek beschreibt die Zusammenhänge bei der Korona-Einsatzspannung (U_C0) mit der Gleichung: U_C0 = 3·10⁶·r·f·s·(1 + 0,3·(s·10^–2/r)^0,5)·ln(S/r)[V]

f

= Rauheitsfaktor der Elektrode (0,5 < f < 1)

s

= relative Dichte der Luft, s ≅ 1

r

= Elektrodenradius [m]

S

= Abstand Koronaelektrods – geerdete Gegenelektrode [m]

Beim dargestellten Fluidisierbehälterkonzept wird die Korona-Einsatzspannung durch die Wahl sehr kleiner Drahtelektrodendurchmesser r (60-100 &mgr;m) erheblich reduziert. Während beim Stand der Technik ca. 70 kV Hochspannung üblich sind, ist die Korona-Einsatzspannung dieser Elektroden 3 etwa 6 kV, typische Arbeitsbereiche liegen bei ca. 15-30 kV. Durch die dünnere Elektrode 3 im Vergleich zum Stand der Technik verringert sich auch die Kapazität der Elektroden 3 bzw. der Anordnung, wodurch der Abstand Elektrode zu Transferband (nicht gezeigt) und damit die Bauhöhe auf ca. 100 mm reduziert werden kann (Zündenergie < 100 mJ, bei bisherigen Konzepten ca. 300 mJ). Da die durch geladene Partikel entstehende Raumladung die Korona-Einsatzspannung erhöht, kann durch die Minimierung des Abstands Elektrode 3 zu Werkstück 8 und der Füllhöhe des Pulvers 5a im Fluidisierbehälter 1 die Korona-Einsatzspannung reduziert werden. Die von Wu dafür bei Sprühpistolen angewandte Funktion kann in erster Näherung auch für die Abschätzung des Einflusses der Raumladungseffekte beim Fluidisierungsbehälter herangezogen werden: U_C = U_C0 + U_&rgr;P[V] U_&rgr;P = &phgr;L²/4_&egr;0[V]

U_C0

= Korona-Einsatzspannung ohne Raumladung (nach Peek) [V]

U_&rgr;P

= Spannung durch Raumladungseinfluss aufgeladener Pulverpartikel [V]

L

= Länge des Bereiches, indem sich die Raumladung befindet [m]

&rgr;

= Raumladungsdichte [C/m³]

&egr;₀

= elektrische Feldkonstante/Permittivität des Vakuums (8,86·10^–12) [As/Vm]

Bei einer Fluidisierungsbodenfläche von 1 m² und einer typischen Übertragungsrate von ca. 100 g Pulver/s und einer Partikelgeschwindigkeit von ca. 1 m/s sowie bei einer pulverlacktypischen Aufladung von 1 &mgr;C/g führt dies zu einer Raumladungsdichte von 10^–4 C/m³.

Im Falle eines elektrostatischen Fluidisierbehälters kommen zusätzlich zu den Raumladungen durch Partikel noch Raumladungen durch die Aufladung des Fluidisierbodens hinzu, die berücksichtigt werden müssen. Je nach Porenweite der Sinterböden haben diese eine Oberfläche von bis ca. 50.000 m²/m³. Durch Messung von Flächenladungsdichten an Polyethylenfolie mittels einer Feldmühle (ca. 0,4 &mgr;C/m²) kann die Raumladungsdichte beim Polyethylensinterboden beim elektrostatischen Wirbelbad nach dem Stand der Technik auf ca. 0,02 C/M³ abgeschätzt werden. Die Korona-Einsatzspannung für elektrostatische Fluidisierbehälter setzt sich daher wie folgt zusammen: U_C = U_C0 + U_&rgr;P + (U_P) + U_B

U_C0

= Korona-Einsatzspannung ohne Raumladung (nach Peek) [V]

U_&rgr;P

= Spannung durch den Raumladungseinfluss aufgeladener Pulverpartikel [V]

U_P

= Spannung durch die applizierte Lackschicht (vernachlässigbar gering) [V]

U_B

= Spannung durch den aufgeladenen Sinterboden [V]

Bei U_C0 = 6 kV und einer einer Fluidisierbodendicke von 10 mm bedeutet das beim gegenwärtigen Stand der Technik: U_C= 6000 + (10^–4·0,05²)/(8,86·10^–12) + (0,02·0,01²)/(8,86·10^–12) = 6000 + 7000 + 56000 = 69 kV

Trotz hoher Übertragungsraten/Zeiteinheit ist der Einfluss der Raumladungsdichte auf die Korona-Einsatzspannung relativ gering, da in der Regel mit geringen Sprühabständen (L) gearbeitet wird (ca. 7 kV, s.o.). Durch den Fluidisierboden wird sie jedoch beim Stand der Technik zusätzlich um über 50 kV erhöht (s.o.). Duch chemische Veränderung des Kunststoffs des Bodens sowie durch die Einwirkung der Koronaentladung kann dieser Raumladungseffekt erheblich schwanken (geschätzt ca. +/– 20 %). Dies führt zu erheblichen Prozessunsicherheiten durch unkontrollierbare Änderung der örtlichen Feldstärken. Derartige Störeffekte werden mit dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Fluidisierbehälter 1 dadurch minimiert, dass die Elektroden 3 sich oberhalb des Sinterbodens 2 befinden und sich der Sinterboden 2 kaum noch elektrostatisch auflädt. Bevorzug wird an den Drahtelektroden 3 mit unipolar negativer Aufladung gearbeitet, es kann prinzipiell auch positive Hochspannung eingesetzt werden.

Als Fluidisierböden 2 kommen zusätzlich zum typischen Standard-Polyethylen-Sinterboden mit einer Porenweite von 10 &mgr;m bis zu einer Porenweite von ca. 50 &mgr;m anorganische bzw. keramische Sinterböden oder Glassinterböden zum Einsatz. Glassinterböden verändern sich durch Korona-Entladungen nicht mehr, Raumladungsdichten pendeln sich nach kurzer Einschaltzeit auf definierte Werte ein und führen zu einem definierten elektrischen Feld. Dadurch wird die Prozesssicherheit der elektrostatischen Applikation erheblich erhöht.

Bei dem erfindungsgemäßen Fluidisierbehälter 1 wird durch eine dichte Anordnung der einzelnen Drahtelektroden (diese sind unmittelbar oberhalb des Fluidisierbodens 2 und bezüglich ihrer Längsachse parallel zu der Fluidisierbodenebene und parallel zueinander im Abstand von etwa 10 bis 30 mm angeordnet) im Bereich des Pulvertransfers ein nahezu homogenes elektrisches Feld ähnlich wie beim Plattenkondensator (E = U/S) erzeugt. Bei einer angelegten Hochspannung von 25 kV wird bei 50 mm Abstand (S) eine homogene Feldstärke von etwa 0,45 kV pro mm mittels einer Feldmühle gemessen. Dies entspricht etwa 90 % des Wertes der beim Platte/Platte-Modell erreicht wird. Die einzelnen Elektroden 3 dürfen jedoch auch nicht zu dicht aufeinander liegen, da es dann nicht mehr zu einer Korona-Entladung kommen kann (fehlende Feldspitzen).

3A zeigt eine erfindungsgemäße Fluidisiervorrichtung, die aufgebaut ist wie die in 2 gezeigte. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Anordnung befindet sich jedoch oberhalb des Fluidisierbodens (hier 2b) und der Drahtelektroden 3 ein zweiter dünner Fluidisierboden 2a. Die Drahtelektroden 3 sind zwischen den zwei Fluidisierböden 2a und 2b verlegt. Der obere Fluidisierboden 2a ist nur etwa 2 bis 5 mm dick (ein Fluidisierboden nach dem Stand der Technik ist normalerweise etwa 1 cm dick, diese Dicke weist auch der Boden 2b auf). Durch diese Anordnung erfolgt eine nur geringe Aufladung des oberen Sinterbodens 2a bzw. durch den oberen Sinterboden 2a kommt es nur zu minimalen Raumladungseffekten oberhalb der Elektroden 3, so dass das elektrische Feld und die Einsatzspannung (Korona-Einsatzspannung) nur geringfügig beeinflusst werden. Der Vorteil dieser Ausgestaltungsform liegt in der geringeren Empfindlichkeit des Fluidisierbehälters 1 bei der Reinigung und beim Farbwechsel, da freiliegende dünne Elektrodendrähte 3 von wie hier 80 &mgr;m Durchmesser sehr empfindlich gegen mechanische Beschädigungen sind. Bevorzugt wird auch hier mit unipolar negativer Aufladung der Elektroden 3 gearbeitet, es kann prinzipiell auch positive Hochspannung eingesetzt werden. Oberhalb des geerdeten Werkstücks 8 ist bei der vorliegenden Ausgestaltungsform eine geerdete Hinterlegung 10 in Form einer metallenen Platte angeordnet. Die geerdete Hinterlegung 10 ist insbesondere bei elektrisch gering leitfähigem, flächigem Werkstück 8 bzw. Substrat notwendig. Eine solche geerdete Hinterlegung 10 verbessert bzw. ermöglicht gegebenenfalls erst die elektrostatische Applikation. Im vorliegenden Fall weist die Hinterlegung 10 ein Muster auf bzw. ist als Schablone ausgeführt (siehe 3B, d.h. mit der Hinterlegung können spezielle Designs 10a bzw. 10b verwirklicht werden. Beim Applizieren solcher einfacher Bilder, beispielsweise auf Glas oder Kunststoffplatten, wird der Prozess üblicherweise getaktet gefahren: Dabei hält der Förderer (nicht gezeigt) an, wenn das Werkstück 8 (oder der zu beschichtende Bereich 8 bei Endlosmaterialien) sich oberhalb des Fluidisierbehälters (1) befindet und erst dann wird die Hochspannung eingeschaltet. Die Hochspannung wird dann vor dem Weiterfahren wieder abgeschaltet.

4 zeigt in Seitenansicht eine weitere Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Fluidisierungsvorrichtung. Die Blickrichtung (nach wie vor in eine Richtung in der Fluidisierbodenebene) ist hier um 90° zu der in den 2 und 3 gezeigten Blickrichtung gedreht. Die dünnen Drahtelektroden 3 bzw. in 4 deren Teil, der unmittelbar oberhalb des Fluidisierbodens 2 angeordnet ist, erscheinen hier also nicht als Punkt, sondern als dünner Strich, da senkrecht auf die Drahtelektrodenlängsachse geblickt wird. Im vorliegenden Beispiel sind die Drahtelektroden 3 so beidseits verlängert worden, dass ein Teil 3d der Drahtelektroden 3 entlang der linken und rechten Seitenwand 1a des Fluidisierbehälters 1 geführt wird. Somit sind im vorliegenden Fall auch die Seitenwände 1a oberhalb des Fluidisierbodens 2 mit Elektrodenteilen 3d belegt. Weiterhin gezeigt ist eine Förderanlage bzw. ein Förderer 16, mit der bzw. dem das Substrat bzw. Werkstück (geerdet) 8 in den Fluidisierbehälter 1 bzw. das Volumen 5 des Fluidisierbehälters 1 oberhalb des Fluidisierbodens 2 eingetaucht werden kann. Das Fluidisierbehältervolumen 5 ist im vorliegenden Fall größer als bei den in 2 und 3 dargestellten Beispielen, so dass nicht nur flächige, sondern auch echt dreidimensionale Substrate 8 eingetaucht werden können. Die Wandungen 1a des Fluidisierbehälters sind hier zusätzlich innen mit Elektroden 3 ausgestattet, um keine Überbeschichtung des Werkstücks 8 an der Unterseite zu erhalten, d.h. um eine gleichmäßige Beschichtung von allen Seiten sicherzustellen. Das vergrößerte Volumen 5 ist im vorliegenden Fall komplett mit Beschichtungspulver 5a ausgefüllt.

5 zeigt in Aufsicht (von oben bzw. in einer Blickrichtung senkrecht zur Fluidisierbodenebene) die Strom- bzw. Leistungsbegrenzung der einzelnen Drahtelektroden 3, wie sie in den in den 2 bis 4 gezeigten Fluidisiervorrichtungen verwendet wird. Jeder einzelnen Drahtelektrode 3 ist jeweils ein Hochspannungswiderstand 3a (im M&OHgr;- bis T&OHgr;-Bereich) zur Strom- und Leistungsbegrenzung vorgeschaltet. Die Hochspannungsversorgung erfolgt über den Hochspannungserzeuger 17. Die verwendeten Drahtelektroden 3 und die verwendeten Hochspannungen entsprechen denjenigen der 2 bis 4. Zur Vermeidung von Zündgefahren werden die Drahtelektroden 3 also jeweils einzeln durch die Vorschaltung der Hochspannungswiderstände 3a Strom- und damit leistungsbegrenzt. Im Beispiel werden bei einer angelegten Hochspannung von 20 kV Hochspannungswiderstände von 1 G&OHgr; vorgeschaltet. Damit ergibt sich: I = U/R = 20 &mgr;A; P = 20 &mgr;A·20 kV = 0,4 W maximale Leistung. Im Gegensatz zur Leistungsbegrenzung der gesamten Elektrodenmimik können bei der gezeigten Leistungsbegrenzung jeder einzelnen Elektrode 3 keine örtlich höheren Zündleistungen mehr entstehen. Anstelle der Beschaltung mit Hochspannungswiderständen 3a können auch halbleitende Drahtelektroden 3 (beispielsweise aus keramischen Fasern oder Glasfasern) eingesetzt werden. Die in 6 gezeigte erfindungsgemäße Fluidisierungsvorrichtung ist aufgebaut wie diejenige in 4. Anstelle der sich teilweise entlang der Wandung 1a und teilweise entlang des Fluidisierbodens 2 erstreckenden, über ihre gesamte Länge an der Wand 1a oder dem Boden 2 befestigten Drahtelektroden 3 werden jedoch Drahtelektroden 3 verwendet (erneut mit einem Durchmesser < 0,1 mm, hier 40 &mgr;m), welche nur teilweise an der Wandung 1a bzw. am Sinterboden 2 befestigt sind, so dass sie zumindest teilweise frei im Fluid 5a bewegbar sind. Am frei beweglichen Ende sind die Drahtelektroden 3 jeweils mit einer isolierenden Kappe 3b versehen. Die Hochspannungsversorgung erfolgt leistungsbegrenzt, wie in 5 sowie in den 2 bis 4 gezeigt (Hochspannung wie dort größer etwa 6 kV, bevorzugt zwischen 10 und 30 kV). Im vorliegenden Fall ist eine größere Anzahl der hochspannungsführenden Drahtelektroden 3 also nur an einem Ende am Behälterrand 1a bzw. Fluidisierboden 2 befestigt. Das andere Ende der Elektroden 3 bewegt sich frei im Fluid 5a. Bei Einschalten der Hochspannung orientieren sich die Elektrodendrähte 3 bzw. deren freie Enden in Richtung des Werkstücks 8 (hier eingetaucht mit Hilfe der Förderanlage 16). Um Kurzschlüsse zu vermeiden, werden entweder halbleitende Drahtelektroden 3 verwindet oder die Drähte werden wie im Beispiel gezeigt, am Ende 3b mit einer isolierenden Beschichtung bzw. einer elektrisch isolierenden Kunststoffkappe 3b versehen. Durch das mit dieser Konfiguration mögliche „Umschlingen" des Werkstücks 8 durch die Koronadrähte 3 wird auch bei komplizierten Werkstückgeometrien eine homogene Verteilung der durch die Koronadrähte 3 erzeugten Feldkräfte erzielt. Die freien Enden der Elektroden 3 zieht es durch die Erdung des Werkstücks 8 zum Werkstück 8.

In 7 ist eine elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung gezeigt, die wie diejenige in 2 gezeigte aufgebaut ist und betrieben wird. (auch: selbe Blickrichtung, Seitenansicht). Zusätzlich zur der in 2 gezeigten Basiskonfiguration weist die gezeigte Konfiguration oberhalb des Volumens 5 bzw. des Fluidisierbehälters 1 Wechselspannungselektroden 9 in Form von Spiralfedern auf. Diese Wechselspannungselektroden 9 können mit einer Wechselspannung im kHz-Bereich oder mit einer 50 Hz-Wechselspannung versehen sein bzw. an eine solche angeschlossen werden. 7a zeigt die Seitenansicht der beschriebenen Konfiguration. 7b zeigt die beschriebene Konfiguration in Aufsicht. Die Drahtelektroden sind wie bereits beschrieben, leistungsbegrenzt. In der beschriebenen Variante wird die Gleichspannung somit mit einer Wechselspannung bzw. mit einer pulsierenden Gleichspannung überlagert. Die Wechselspannungselektroden 9 befinden sich dabei oberhalb des Fluids 5a bzw. oberhalb des Volumens 5 des Fluidisierbehälters 1. Im vorliegenden Fall befinden sie sich 50 mm oberhalb der unipolar negativ aufgeladenen Drahtelektroden 3. Als Wechselspannungselektroden 9 werden im vorliegenden Fall Spiralfedern verwendet, es können jedoch auch analog zu den Elektroden 3 aufgebaute dünne Drähte verwendet werden. Durch die durch die Wechselspannungselektroden 9 erzeugten pulsierenden Feldkräfte können Beschichtungspartikel 7 größere Distanzen zurücklegen und der Abstand der Elektroden 3 zum Werkstück 8 kann vergrößert werden. Zum Einsatz kommt im vorliegenden Fall ein kostengünstiger Wechselspannungserzeuger, der die unipolare Hochspannung der Drahtelektrode 3 mit 50 Hz Wechselspannung (Steckdosen-Wechselspannung) überlagert. Anstelle des kostengünstigen Wechselspannungserzeugers im 50 Hz-Bereich gibt es jedoch auch die Möglichkeit des Einsatzes eines Erzeugers im kHz-Bereich (diese Variante ist teurer, bei höheren Fördergeschwindigkeiten, beispielsweise von > 0,5 m/s, kann höherfrequente Wechselspannung Vorteile hinsichtlich der Homogenität der Abscheidung bringen).

8 zeigt den Fluidisierbehälter 1 einer erfindungsgemäßen Fluidisiervorrichtung, welcher für mehrfarbige Designs ausgestaltet ist. Die 8A bis 8C zeigen hierbei jeweils die Aufsicht unterschiedlicher Ausgestaltungsvarianten. Variante 1 (8A) ist eine Ausgestaltungsvariante, bei der der Fluidisierbehälter 1 durch zwei im Wesentlichen senkrecht zur Fluidisierbodenebene im Behälter 1 angeordnete Zwischenwände 12a und 12b in insgesamt drei Segmente (A bis C bzw. 11a bis 11c) unterteilt ist. Über die Pulverzudosierungen 13a bis 13c können unterschiedlich farbigen Beschichtungspulver in die verschiedenen Segmente 11a bis 11c bzw. A bis C eingefüllt werden. In Aufsicht gesehen verlaufen die beiden Wände 12a und 12b parallel voneinander und mit konstantem Abstand zueinander mäanderförmig bzw. doppel-M-förmig so, dass durch ihre Anordnung drei Farbbereiche so entstehen, dass ein von links nach rechts über den Fluidisierbehälter 1 geführtes Werkstück 8 jeden Farbbereich mehrfach passiert. 8B zeigt eine entsprechende zweifarbige Variante, in der durch eine Zwischenwand 12a der Fluidisierbehälter 1 so in zwei Segmente 11a und 11b eingeteilt wird, dass beim Darüberfahren das Werkstück 8 (Überführrichtung von links nach rechts) jedes Segment bzw. einen entsprechenden Teilbereich davon mehrfach passiert. Die Wand 12a verläuft mäanderförmig bzw. wellenförmig so, dass durch eine auf der Längsachse des Behälters (in der Zeichenebene: Achse in Richtung der Horizontalen, welche den Behälter 1 in zwei gleichgroße Flächenteile teilt) errichtete, gerade Zwischenwand jedes der Segmente 11a und 11b in mehrere Subsegmente (beispielsweise 11aI, 11aII, 11aIII) unterteilt werden würde. In der in 8C gezeigten, für fünf Farben ausgelegten Variante werden vier Zwischenwände 12a bis 12d im Fluidisierbehälter 1 so eingezogen, dass fünf im Wesentlichen quaderförmige und in einer Reihe angeordnete Segmente 11a bis 11e entstehen. Beim Überfahren des Behälters 1 passiert das Werkstück 8 dann die einzelnen Segmente 11a bis 11e nacheinander und kann so nacheinander mit verschiednen Farben beschichtet werden. Mit den in den 8A bis 8C dargestellten Varianten können Farbwech- sel vermieden werden oder auch spezielle Designs ermöglicht werden. Die einzelnen Segmente des Fluidisierbehälters 1 werden hierzu mit unterschiedlichen Farbtönen befüllt (beispielsweise schwarz, weiß, rot, blau und gelb). Damit kann durch Farbmischungen jeder Farbton realisiert werden, indem die einzelnen Segmente 11 unabhängig voneinander aktiv (Hochspannung an den Segmentelektroden eingeschaltet) geschaltet werden. Die Elektroden 3 der einzelnen Segmente 11 sind somit unabhängig voneinander ansteuerbar. Die Hochspannung kann so variiert werden, dass jeder beliebige Mischfarbton realisiert werden kann. Beispiel: Es wird ein Segment 11a mit einem gelben und ein Segment 11b mit einem roten Pulver befüllt. Nur diese beiden Segmente sind aktiv, d. h. an sie wird eine Hochspannung angelegt. Werden beispielsweise am Gelb-Segment 20 kV und am Rot-Segment 10 kV angelegt, so wird ein Gelb-Orange erzeugt. Umgekehrt wird bei 20 kV am Rot-Segment und bei 10 kV am Gelb-Segment ein Rot-Orange erzeugt. Da die Mischfarbtöne am besten durchmischt werden, wenn die einzelnen Farben mehrfach im Wechsel gefahren werden, sind Konstruktionen mit mäanderförmigen, wellenförmigen oder M-förmigen Wandanordnungen 12 vorteilhaft (siehe 8A und 8B. Die einzelnen Segmente des Fluidi- sierbehälters 1 können dabei separate Pulverzudosierungsvorrichtungen 13 aufweisen (diese sind vorteilhafterweise seitlich vorgesehen). Durch die mäanderförmige, M-förmige oder wellenförmige Gestaltung der Segmente 11 bzw. der Wände 12 muss jedem Segment nur eine Dosiervorrichtung 13 zugeordnet werden, da jeder Bereich des Segments durch sie befüllt werden kann. Für drei Farbtöne reichen drei Dosiereinheiten 13a-c, für zwei Farbtöne also zwei Dosiereinheiten. Bei mehr als drei Farbtönen werden bevorzugt mehrere Blöcke von Segmenten oder mehrere Fluidisierbehälter 1 (ein solcher Block bzw. ein solcher Behälter ist in 8C darge- stellt) hintereinander geschaltet. Jeder Block bzw. Behälter wird dann jeweils mit fünf Dosiereinheiten gespeist.

9 zeigt ein Dosiersystem mit einer erfindungsgemäßen elektrostatischen Fluidisierungsvorrichtung. 9a zeigt hierbei eine Seitenansicht in einer ersten Richtung in der Ebene des Fluidisierbodens 2 (Drahtelektroden 3 in Längsachsrichtung sichtbar und somit als Punkte gezeichnet). 9b zeigt die Frontansicht, d. h. die Ansicht in einer Richtung in der Ebene des Fluidisierbodens senkrecht zur in 9a gezeigten Blickrichtung. 9c zeigt die Draufsicht in Richtung senkrecht zu den in 9a und 9b gezeigten Blickrichtungen. Wie in 9a gezeigt ist, sind die Drahtelektroden 3 oberhalb des Fluidisierbodens 2 im Fluidisierbehälter 1 angeordnet, nicht jedoch in einem Bereich, in dem eine Zufuhreinheit 13b zur Zuführung von fluidisiertem Beschichtungspulver 5a in den Fluidisierbehälter 1 einmündet. Die Zufuhreinheit 13b weist eine Schlauchquetschpumpe zur Pulverdosierung (Stellgröße) auf, welche die Zufuhr von Beschichtungspulver 5a aus einem in Bezug auf den Behälter 1 höherliegenden Vorratsbehälter 13a (ebenfalls ein Fluidisierbehälter mit einem Fluidisierboden B) erlaubt. Das Beschichtungspulver 5a verlässt hierzu den Vorratsbehälter 13a durch eine Ausrieselöffnung 13c und wird über die pneumatisch gesteuerte Schlauchquetschpumpe der Zufuhreinheit 13b dem Fluidisierbehälter 1 zugeführt. Das System weist darüber hinaus eine Ultraschallmesssonde 14 zur Füllstandsmessung auf (Regelgröße). Diese ist so am Fluidisierbehälter 1 angeordnet, dass die Füllstandsmessung im nicht mit Drahtelektroden 3 versehenen Bereich bzw. im Einmündungsbereich der Zuführeinheit 13b erfolgt. Wie die Frontansicht der 9b sowie die Draufsicht in 9c zeigen, sind in dem nicht mit Drahtelektroden ausgestatteten Bereich des Fluidisierbehälters 1 durch zwei Zwischenwände bzw. Strömungsbrechvorrichtungen 16a und 16b drei Teilbereiche abgeteilt. Im (in 9b) linken Teilbereich mündet eine erste Zuführeinheit 13b in den Behälter 1, im (in 9b) rechten Teilbereich mündet eine zweite Zuführeinheit 13b in den Behälter 1. Gegen diese Einführbereiche ist der (in 9b) mittlere Teilbereich, oberhalb dessen die Ultraschallmesssonde 14 angeordnet ist, durch die zwei wände bzw. Schikanen 16a und 16b abgetrennt. Da der Füllstand des Fluidisierbehälters 1 zur Vermeidung von Störeffekten (beispielsweise parasitärer Raumladungseffekte des zu verarbeitenden Beschichtungspulvers) möglichst gering gehalten wird, ist eine automatische, kontinuierliche Zudosierung von Pulver wie im dargestellten Fall gezeigt, erforderlich. Der Füllstand wird mit Hilfe der Ultraschallmesssonde 14 überwacht. Die Zudosierung kann wie im dargestellten Fall über den zweiten Fluidisierbehälter 13a mit wesentlich größeren Abmessungen erfolgen, sie kann jedoch auch über Dichtestromförderprinzipien nach dem Stand der Technik erfolgen. Mit dem gezeigten Fluidisierbehälter 13a erfolgt die Zudosierung über Schlauchquetschventile der Zuführeinheit 13b. Wie bereits beschrieben, weist der Behälter 1 im Bereich der Zudosierung keine Elektroden 3 auf. Um die Messgenauigkeit der Ultraschallmesssonde 14 bzw. der Füllstandsmessung zu verbessern, sind die Strömungsbrechvorrichtungen 16a, 16b im Fluidisierbehälter 1 im Bereich der Zudosierung eingebracht. Diese Strömungsbrechvorrichtungen beruhigen die Oberfläche des Fluids 5a und vermeiden somit zu starke Wellenbewegungen im Messbereich. Die gezeigte Vorrichtung wird im Vergleich zu herkömmlichen Fludisierungsvorrichtungen mit hohen Luftgeschwindigkeiten im Fluid betrieben (etwa 0,025 bis 0,05 m/s; bei der herkömmlichen Fluidisierungsvorrichtung sind etwa 0,01 m/s üblich). Solche hohen Luftgeschwindigkeiten sind erforderlich, da sonst überschüssige Luftionen die Beschichtungsqualität durch Rückionisationseffekte verringern. Die durch die hohen Luftgeschwindigkeiten entstehende unruhige Oberfläche des Fluids 5a kann zu erheblicher Verringerung der Messgenauigkeit der Ultraschallmesssonde 14 führen. Um dies zu vermeiden, sind besagte Strömungsbrechvorrichtungen 16 eingebracht. Eine kontinuierliche Messung des Füllstands ist insbesondere deswegen notwendig, da der Fluidisierbehälter 1 der erfindungsgemäße Fluidisierungsvorrichtung eine geringe Bauhöhe aufweisen kann, so dass er nur mit einem geringen Fluidvolumen 5a befüllt werden kann. Aus diesem Grund ist ein schnelles und genaues Ansprechen der Messvorrichtung 14 notwendig, um mit ausreichender Genauigkeit und Schnelligkeit zu entscheiden, ob Beschichtungspulver in den Behäter 1 nachgeführt werden muss. Um Agglomerationen des Fluids 5a zu vermeiden, ist es auch möglich, den Fluidisierbehälter 1 und/oder den Vorratsbehälter 13a mit einer Vibrationsvorrichtung (nicht gezeigt) zu versehen.

10a zeigt ein weiteres Dosiersystem unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Fluidisierungsvorrichtung in Seitenansicht (10a) Frontansicht (10b) und Draufsicht (10c). Die in 10 dargestellte Vorrichtung weist zunächst dieselben Bestandteile wie die in 9 dargestellte Vorrichtung auf. Im Unterschied zu 9 ist jedoch eine Abtrennungsvorrichtung 15 (in Form einer in Bezug auf die Fluidisierbodenebene senkrecht stehende Wand) in den Fluidisierbehälter 1 eingebracht, so dass das Innenvolumen des Fluidisierbehälters 1 in zwei Segmente 15a und 15b unterteilt wird. Das Segment 15a umfasst hier etwa 20 % des Fluidisierbehältervolumens. Die Abtrennvorrichtung 15 weist zwei Löcher 15c auf, die in einer Höhe angeordnet sind, welche einen Füllstandsausgleich zwischen den beiden Segmenten 15a und 15b erlaubt. Im Segment 15a sind keine Drahtelektroden 3 oberhalb des Fluidisierbodens 2 angeordnet. Das Segment 15b entspricht in seinem Aufbau dem in 9 gezeigten Fluidisierbehälterinnenaufbau. Die Ultraschallmesssonde ist oberhalb des Segments 15a angeordnet und erfasst somit die Füllstandshöhe im Segment 15a. Die Abtrennung 15 ermöglicht eine separate Luftversorgung der beiden Segmente 15a und 15b. Das Segment 15a stellt einen Messbereich mit geringerer Luftvolumenströmung dar, das Segment 15b einen Pulverübertragungs- und Zudosierbereich mit höherer Luftvolumenströmung. Die unterschiedlichen Luftvolumenströmgeschwindigkeiten in den Segmenten 15a und 15b werden durch separate Luftversorgung und dadurch realisiert, dass im Bereich 15a der Fluidisierboden 2 eine geringere Porenweite aufweist. Im Bereich 15b weist der Segmentboden dementsprechend eine höhere Porenweite auf. Es wird also segmentweise ein Fluidisierboden mit unterschiedlicher Porenweite eingesetzt. In Segment 15a beträgt die Porenweite des Fluidisierbodens 10 &mgr;m, im Segment 15b beträgt die Porenweite 30 &mgr;m. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung der Luftgeschwindigkeit und mehr als 50 % im Bereich 15a. Die Messung der Füllstandshöhe durch die Messsonde 14 kann dadurch mit einer Genauigkeit im Millimeterbereich durchgeführt werden. Durch die Segmentierung des Fluidisierbehälters 1 kann im Bereich der Ultraschallmessung die Luftgeschwindigkeit durch separate Luftversorgung also erheblich verringert werden. Durch die Abtrennvorrichtung 15 bzw. die entsprechende Wand wird eine Wellenbewegung im Bereich 15a (verursacht durch die Zudosierung von Pulver 5a über die Zudosiereinheit 13b) zuverlässig vermieden. Dennoch ist mit Hilfe der Öffnungen 15c für das Beschichtungspulver 5a ein Füllstandsausgleich möglich.

11 zeigt den Einsatz der erfindungsgemäßen Fluidisiervorrichtung zusammen mit dem aus DE 101 630 25 A1 bekannten Transfer-Applikationsverfahren. 11a zeigt zunächst eine dreidimensionale Ansicht einer entsprechenden Beschichtungsvorrichtung. 11b zeigt eine erfindungsgemäße Fluidisiervorrichtung mit Fluidisierbehälter 1, Fluidisierboden 2 und Drahtelektroden 3und mit einem Volumen 5 innerhalb des Fluidisierbehälters 1, in dem sich das Fluid 5a befindet. Nicht gezeigt ist die Luftzufuhr 4 des Behälters 1. Gezeigt sind darüber hinaus Luftionen und elektrisch geladene Beschichtungspulverpartikel 7. Oberhalb des Fluidisierbehälters 1 mit einer Bauhöhe von etwa b₂ = 100 mm befindet sich eine Transfervorrichtung 17 mit einer Dosierwalze 17c, einem Transferband 17b und einer Walze 17a. Das Transferband 17b wird durch die beiden Walzen 17a und 17c bewegt. Im unteren Transferbandbereich befindet sich oberhalb des Fluidisierbehälters 1 und unmittelbar oberhalb des Transferbandes 17b eine elektrisch leitfähige Hinterlegung 10 in Form einer Metallplatte. Unmittelbar oberhalb des untenliegenden Transferbandteils befindet sich links neben dem Fluidisierbehälter 1 zwischen Fluidisierbehälter 1 und Walze 17a eine Transferelektrode 18a. Unterhalb des Fluidisierbehälters 1 wird das geerdete Substrat 8 vorbeibewegt. Durch die erfindungsgemäße Fluidisiervorrichtung samt elektrostatischer Hinterlegung 10 wird elektrostatisch aufgeladenes Beschichtungspulver 7 auf das Transferband 17b übertragen. Die mit Beschichtungspulver beladenen Transferbandbereiche werden durch Bewegung der Walzen 17a und 17c zur Transferelektrode 18a bewegt. Mit Hilfe dieser Transferelektrode 18a (elektrostatische Abstoßung) wird, das geladene Beschichtungspulver auf das Substrat 8 übertragen. Entscheidend hierbei ist, dass durch die geringe Bauhöhe b₂ eine direkte Übertragung des Beschichtungsmaterials vom Transferband 17b auf das Substrat 8 möglich ist, da nur eine geringe Wegstrecke überwunden werden muss. 11c zeigt eine Dosiervorrichtung samt erfindungsgemäßer Fluidisierungsvorrichtung die wie die in 11b gezeigte aufgebaut ist. Im Unterschied zu 11b wird jedoch keine Transferelektrode 18a, sondern eine elektrisch leitfähige, an eine Hochspannungsquelle angeschlossene Rollenbürste 18b verwendet, mit der ein abgewinkelter Sprühstrahl erzeugt werden kann, um das Substrat 8 zu beschichten. Wie in 11b ist (durch die geringe Bauhöhe b₂ bedingt) vom Beschichtungsmaterial nur eine geringe Wegstrecke zwischen Transferband 17b und Substrat 8 zu überwinden, so dass der Beschichtungsmaterialtransfer ohne zusätzliche Vorrichtungen (wie zusätzliche Walzen, Transferbänder oder ähnliches) erfolgen kann. Der bereits beschichtete Bereich des Substrats 8 ist in den 11b und 11c durch das Bezugszeichen 8a gekennzeichnet. Durch die auf Hochspannung gesetzte Transferelektrode 18a bzw. Rollenbürste 18b wird das Beschichtungspulver im vorgestellten Fall nochmals aufgeladen, so dass in Kombination mit der geringen Bauhöhe b₂ die Pulverteilchen den Transferabstand zwischen dem unteren Bandbereich und dem Substrat 8 ohne Zusatzvorrichtungen überwinden können.

12 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Beschichtungsvorrichtung, welche eine erfindungsgemäße Fluidisierungsvorrichtung verwendet. Gezeigt ist eine Fluidisiervorrichtung mit einem Fluidisierbehälter 1, welcher in zwei Segmente 1c und 1d mit separater Luftzufuhr 4a und 4b unterteilt ist. Der Fluidisierbehälter 1 ist gegenüber der Horizontale um etwa 45° gekippt angeordnet. Oberhalb des Bereichs 1c des Fluidisierbehälters 1 befindet sich einweiterer Fluidisierbehälter 13a. In diesen mündet eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Pulverzudosierung zur Einhaltung einer konstanten Pulverfüllhöhe (Pfeil oben links in den Behälter 13a). Das Fluidisierpulver 5a rieselt aus dem Behälter 13a durch die Ausrieselöffnung 13c mit Hilfe der Schwerkraft auf den Fluidisierboden 2 oberhalb des Bereichs 1d des Fluidisierbehälters 1. Nur in diesem Bereich 1d bzw. oberhalb dieses Bereichs 1d ist der Fluidisierboden 2 mit dünnen Drahtelektroden 3 versehen. Mit Hilfe der Drahtelektroden 3 wird oberhalb des Bereichs 1d wie in den vorangehenden Beispielen beschrieben in einem Beschichtungsbereich 6 eine aufgeladene Pulverwolke 7 mit aufgeladenen Partikeln und Luftionen erzeugt. Vom Behälter 1 ggf. abrieselndes Pulver wird durch einen Auffangbehälter 19 aufgefangen. Im linken Bereich der gezeigten Beschichtungsvorrichtung ist eine Transfervorrichtung 17 angeordnet, die entsprechend der in 11 gezeigten Transfervorrichtung aufgebaut ist: Eine elektrisch leitfähige Belade- bzw. Dosierwalze 17c sowie eine zweite Walze 17a bewegen durch Drehung um ihre Achse das Transferband 17b (elektrisch halbleitend bis isolierend). Das Band 17b wird im Bereich 6 durch die Pulverwolke beschichtet. Der beschichtete Bereich des Bandes 17b wird in Richtung des Pulverapplikationsbereiches 8b bewegt. Eine elektrisch leitfähige Hinterlegung 10 (metallene Platte) verhindert dabei, dass das Beschichtungspulver von dem Band 17b abfällt. Die Übertragung des Beschichtungspulvers auf das Substrat 8 erfolgt im Bereich 8b mit Hilfe der Walze 17a, an welche ein Potential von etwa 10 kV gelegt ist. Alternativ kann zur Übertragung auch eine Drahtelektrode wie sie in der Erfindung bereits hinreichend offenbart ist, verwendet werden. Die Beschichtung auf dem Substrat ist durch das Bezugszeichen 8a gekennzeichnet. Der beschichtete Transferbandbereich (zwischen Pulverwolkenbereich 6 und Applikationsbereich 8b) ist mit dem Bezugszeichen 17d gekennzeichnet.