-
Die
Erfindung betrifft ein System zum Behandeln bzw. Beschichten von
Substratoberflächen
in einem In-line Prozess, insbesondere zum Beschichten von Substraten
mit einer dreidimensionalen Oberfläche, wie zum Beispiel Autoteilen,
Telefonen oder Vorrichtungen aus der Medizintechnik. Die Erfindung
betrifft weiter eine Lackiervorrichtung, wobei die Transportvorrichtung
für die
Substrate gleichzeitig mehrere Substrate zwischen den entsprechenden
Stationen transportieren kann.
-
Bei
bekannten Produktionssystemen beziehungsweise Produktionsverfahren
werden Substrate, zum Beispiel aus Kunststoffen und/oder Fasern und/oder
Metallen, nach der Formgebung beziehungsweise der Produktion, wie
zum Beispiel mittels Spritzgießen,
kalter oder warmer Verformung, und darauffolgenden optionalen Vorbehandlungen
beschichtet. Abschließend
wird eine Qualitätskontrolle durchgeführt.
-
Bisher
wird diese Bearbeitung Chargenweise, im sogenannten Batch- oder
Stapelverfahren, durchgeführt.
System- beziehungsweise verfahrensbedingt durchläuft eine Charge jeden Arbeitsschritt beziehungsweise
jede Gruppe von Arbeitsschritten einzeln und muss anschließend gestapelt
und aufbewahrt oder direkt zur nächsten
Bearbeitungsstufe befördert
werden. Durch diese zusätzlichen
Arbeitsschritte wird die Bearbeitung des Substrats unnötig aufwändig, da
das Stapeln Handarbeit oder aber eine zusätzliche Maschine erfordert.
Im Falle einer längeren
Lagerung werden entsprechende Räumlichkeiten benötigt. Weiter
kann durch die Chargenbearbeitung die Toleranz, zum Beispiel der
Schichtdicke oder Schichteigenschaften, von Char ge zu Charge erheblich
schwanken. Eine Qualitätskontrolle
wird nach bekanntem Vorgehen am Ende der Produktbearbeitung vorgenommen,
weshalb erst spät
auf einen Fehler reagiert werden kann. Dies verursacht im Fehlerfall
sowohl erhebliche Kosten, da zu diesem Zeitpunkt eventuell schon
eine ganze Charge fehlerhaft bearbeitet wurde, als auch einen zusätzlichen
Zeitaufwand, um eine neue Charge herzustellen beziehungsweise die
fehlerhafte Charge noch einmal zu bearbeiten.
-
Weiter
führt eine
herkömmliche
Transportvorrichtung einer Lackiervorrichtung eine eigene Bewegung
für den
Transport jedes Substrats zwischen den entsprechenden Behandlungsstationen
aus. Dadurch sind viele Einzelantriebe für die verschiedenen Transportarme
und eine entsprechend komplizierte Steuerung oder eine aufwändige und
somit teuere mechanische Kopplung der Transportarme nötig.
-
Bei
einer herkömmlichen
Lackiervorrichtung kommt die Substrathaltevorrichtung, die das Substrat während des
Transports zu den verschiedenen Prozessen hält, bei der Bearbeitung des
Substrats selber in Kontakt, zum Beispiel mit Lack oder UV-Bestrahlung. Dadurch
können
beim Halten eines unbehandelten Substrats durch die Verschmutzung
des Substrathalters unbeabsichtigt Lack aufgebracht werden, was
letztendlich zu Fehlern, wie zum Beispiel in der Schichtdicke oder
in der Farbe oder Lackeigenschaft, führen kann. Eine häufige Bestrahlung
der Substrathalter kann zu einer eingeschränkten Lebensdauer führen.
-
Die
Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein Oberflächenbeschichtungssystem,
eine Lackiervorrichtung und entsprechende Verfahren bereitzustellen,
die die oben genannten Nachteile überwinden.
-
Diese
Aufgaben werden durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
-
Die
Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, die bei einer Oberflächenbehandlung
auszuführenden
Bearbeitungsschritte direkt nacheinander, also in einem In-line
Prozess, durchzuführen,
ohne das zu behandelnde Substrat zwischenzuspeichern; hierfür wird eine
Fördervorrichtung
bereitgestellt, die das Substrat auf die geforderte Weise transportiert. Die
Fördereinrichtung
transportiert Substrate von einer Substratproduktionsmaschine, zum
Beispiel einer Spritzgießmaschine
oder einer Spritzblasmaschine, beziehungsweise von einem Substratpuffer
zu den verschiedenen Bearbeitungsstationen, wie zum Beispiel Primer-Lackierung,
Metallisierung mittels Kathodenzerstäubung und Hardcoat-Lackierung.
In einer bevorzugten Ausführungsform
können
durch die Rückmeldung
der Bearbeitungsstufen, insbesondere vorhergehende, aber auch nachfolgende
Bearbeitungsstufen, in Ihren Parametern optimiert werden. Durch
diese Rückmeldung
kann zum Beispiel nicht nur eine optimale Taktgeschwindigkeit des
Systems, sondern auch eine gewünschte
Qualität
sichergestellt werden. Vorzugsweise kann dazu, je nach Bedarf, nach
jeder Bearbeitungsstufe eine Vorrichtung zur Qualitätskontrolle
angeordnet werden. Solche Vorrichtungen können zum Beispiel Messgeräte zum Bestimmen
der Lackschichtdicke und/oder Bildverarbeitungssysteme zum Bestimmen
von Oberflächeneigenschaften
sein. So kann beispielsweise die Güte einer Beschichtung, zum
Beispiel hinsichtlich einer eventuellen Schlierenbildung, über deren
Reflexionsgrad ermittelt werden. Diese Qualitätskontrolle ermöglicht eine
sofortige Rückmeldung
an die betreffende(n) Bearbeitungsstufe(n) beziehungsweise an die
Fördereinrichtung,
entsprechende Parameter zu optimieren. Die Steuerung und Rückmeldung kann
auch zentral durch einen Hauptprozessor erfolgen.
-
Weiter
geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, eine Transportvorrichtung
einer Lackiervorrichtung bereitzustellen, die mehrere Substrate gleichzeitig
zwischen verschiedenen Stationen, wie zum Beispiel zwischen einer
Lackierstation und einer Trockenstation, transportieren kann. Die
Substrathalter, mit denen jeweils ein Substrat während des Transports fixiert
wird, werden bei den Behandlungen in den Stationen, insbesondere
in einer Lackierstation, während
der Behandlung so angeordnet, dass sie nicht kontaminiert werden.
-
Die
Transportvorrichtung weist mehrere Transportarme auf, die an einer
gemeinsamen Drehachse angeordnet sind, wobei sich die Transportarme
strahlenförmig,
d.h. im wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Drehachse, weg
erstrecken. Dadurch werden die Transportarme gleichzeitig und vorzugsweise
von einem Antrieb bewegt. An den von der Drehachse beabstandeten,
freien Enden der Transportarme sind Substrathalter angeordnet. Der Radius
der Transportarme beziehungsweise die Position der Substrathalter
an den Transportarmen ist vorzugsweise gleich und ist so gewählt, dass
die zu transportierenden Substrate an der entsprechenden Stelle
der jeweiligen Station, wie zum Beispiel der Lackierstation oder
Trockenstation, positioniert werden können. Die Substrate können so
vorzugsweise direkt von der Transportvorrichtung im Behandlungsraum
einer Station positioniert werden. Besonders bevorzugt werden die
Substrate von der Transportvorrichtung an eine Stationstransportvorrichtung
weitergegeben, die zwischen der Transportvorrichtung und einer Behandlungsstation
angeordnet ist und das Substrat direkt in den Behandlungsraum transportiert
oder an eine weitere Transportvorrichtung weitergibt, die das Substrat
in den Behandlungsraum transportiert. Vorzugsweise wird dabei keiner
der Substrathalter durch eine Behandlung, wie zum Beispiel durch
eine Lackierung, verschmutzt beziehungsweise kontaminiert.
-
Unter
Behandlungsraum beziehungsweise Wirkungsbereich wird dabei der Bereich
in einer Bearbeitungs- beziehungsweise Behandlungsstation verstanden,
in dem sich die jeweilige Behandlung auswirkt und sich zum Beispiel
Lackpartikel oder UV-Strahlung befinden.
-
Ein
an der Transportvorrichtung angeordneter Substrathalter, der ein
zu bearbeitendes Substrat direkt in dem Wirkungsbereich einer Bearbeitungsstation,
insbesondere einer Lackierstation positioniert, wird vorzugsweise
während
der Behandlung des Substrats aus dem Wirkungsbereich der jeweiligen
Station herausbewegt. Vorzugsweise wird dies erreicht, indem der
Substrathalter nach dem Positionieren des Substrats in der Behandlungsposition, das
heißt
in der Position in der das Substrat später behandelt wird, von dieser
Position durch eine Drehung der Transportvorrichtung entfernt wird.
-
Zwischen
einem Substrathalter und einem Substrat ist vorzugsweise ein substratspezifischer Adapter
vorgesehen, so dass bei einer anderen Substratform lediglich ein
anderer Adapter verwendet werden muss, der Substrathalter aber unverändert bleiben
kann. So muss bei der Bearbeitung von verschiedenen Substraten die
Lackiervorrichtung vorzugsweise nicht für einen Umbau gestoppt werden. Der
Adapter hat eine Substratseite, an der das zu bearbeitende Substrat
angeordnet wird, und eine gegenüberliegende
Halteseite mit einem Halteelement zum Fixieren des Adapters am Substrathalter.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist ein Substrathalter einer Stationstransportvorrichtung an der
Lackiervorrichtung einen Dorn, vorzugsweise mit einem Expansionselement,
auf. Der Dorn kann unterschiedliche Querschnitte aufweisen, zum
Beispiel einen kreisförmigen,
quadratischen oder polygonalen Querschnitt. Vorzugsweise ist der
Querschnitt des Dorns so ausgebildet, dass die Lage beziehungsweise
Position eines auf dem Dorn angeordneten Substrats sich relativ
zum Dorn, auch bei einer Bewegung des Substrathalters, nicht ändert, insbesondere
ein Verdrehen des Substrats um die Dornachse vermieden wird. Hierzu
kann zum Beispiel im Falle eines im Querschnitt kreisförmigen Dorns
ein radial abstehender Stift am Dorn vorgesehen sein, der in eine
entsprechende Aussparung des Substrats eingreift.
-
Das
Expansionselement bildet einen Teil der Oberfläche des Dorns und kann, zum
Beispiel mittels Druckluft, aufgeblasen werden, wodurch sich das
Volumen des Expansionselements vergrößert. Ein Substrat wird von
einem Substrathalter der Transportvorrichtung, vorzugsweise ein
Greifer, am Adapter fixiert und von der Aufnahme- und Abgabestation durch eine Hebebewegung
der Transportvorrichtung abgehoben. Anschließend dreht die Transportvorrichtung das
Substrat zur Lackiervorrichtung, positioniert das Halteelement des
Adapters über
dem Dorn der Stationstransportvorrichtung und ordnet das Substrat
darauf an. Dies kann zum Beispiel durch eine Senkbewegung der Transportvorrichtung
oder durch Heben des Dorns erreicht werden. Durch eine Volumenzunahme
des optionalen Expansionselements kann der Adapter mit dem darauf
angeordneten Substrat am Substrathalter fixiert werden. Nachdem
das Substrat auf dem Dorn fixiert ist kann es in den Behandlungsraum
der Station befördert
werden. Der Dorn ist vorzugsweise so im Behandlungsraum der Lackiervorrichtung
angeordnet, dass er in einem Lackiernebelschattenbereich positioniert
ist und so nicht durch die Beschichtung kontaminiert wird. Folglich
wird keiner der Substrathalter durch die Beschichtung des Substrats
verschmutzt beziehungsweise kontaminiert.
-
Alternativ
zur Verwendung eines Adapters kann ein entsprechender Substrathalter
verwendet werden, der an einer geeigneten Stelle das Substrat direkt
fixiert.
-
Vorzugsweise
weisen die Stationstransportvorrichtungen an den anderen Stationen
auch einen Dorn als Substrathalter auf. Al ternativ zum Dorn können auch
andere bekannte Vorrichtungen als Substrathalter eingesetzt werden,
die vorzugsweise in das Halteelement des Substrathalters eingreifen
und dies optional fixieren können.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines Substrathalters der Transportvorrichtung ist ein Greifer,
der den Adapter selbst und/oder das Halteelement des Adapters greift.
Der Greifer fixiert das Halteelement vorzugsweise an einer anderen
Stelle als der Dorn. Am Adapter beziehungsweise am Halteelement
können
dafür spezielle
Eingriffe ausgebildet sein. Alternativ zum Greifer können auch
Führungsstifte
am Substrathalter und entsprechende Gegenstücke am Adapter vorgesehen werden,
wodurch mittels einer Hebe- bzw. Senkbewegung der Transportvorrichtung
ein Substrat aufgenommen bzw. abgegeben werden kann. Vorzugsweise
kommen die Substrathalter mit dem Substrat nicht in direkten Kontakt.
-
Besonders
bevorzugt wird in einer Position der Transportvorrichtung ein Substrat
A an eine Behandlungsstation abgegeben und ein Substrat B zum Weitertransport
zur nächsten
Station aufgenommen. Vorzugsweise weist ein Transportarm der Transportvorrichtung
dazu zwei Substrathalter auf, die in der gleichen Ebene wie die
Transportvorrichtung und um eine eigene Achse drehbar sind. So kann
ein Transportarm ein Substrat A zu einer Station transportieren,
wobei ein Substrathalter des Transportarms unbesetzt und der andere
mit dem Substrat A besetzt ist. Zuerst kann der unbesetzte Substrathalter
ein Substrat B aus einer Station aufnehmen. Danach drehen sich die
Substrathalter des Transportarms bei stehender Transportvorrichtung
und das zur Station transportierte Substrat A kann in der Station
positioniert werden.
-
Besonders
bevorzugt weist ein Transportarm der Transportvorrichtung nur einen
Substrathalter auf und eine vorzugsweise an allen Stationen vorgesehene
Stationstransportvorrichtung mit zwei, vorzugsweise gegenüberliegenden,
Substrathaltern ermöglicht
den Austausch der Substrate wie oben beschrieben. Die Transportvorrichtung
positioniert ein Substrat A auf einem Substrathalter der Stationstransportvorrichtung.
Anschließend
dreht sich die Stationstransportvorrichtung zum Beispiel um 180°, so dass ein
Substrat B aus dem Behandlungsraum heraus bewegt und gleichzeitig
das Substrat A in den Behandlungsraum hinein transportiert wird.
Das Substrat B kann dann an dem Substrathalter der Transportvorrichtung
zum Transport zur nächsten
Station angeordnet werden.
-
Eine
Abgabe und Aufnahme von Substraten in einer Position der Transportvorrichtung
ist vorteilhaft, da während
der Drehung der Transportvorrichtung die Bearbeitung der in den
Stationen positionierten Substrate zumindest schon beginnen kann.
-
Die
Lackiervorrichtung ist vorzugsweise modulartig aufgebaut, so dass
alle mit Lack in Berührung
kommenden Teile, wie zum Beispiel die Lackierkammer, auf einem eigenen
Rahmen angeordnet sind und somit schnell ausgetauscht werden können. Die
Lackiervorrichtung besteht aus einem Rahmen, auf dem die mit Lack
in Berührung
kommenden Teile modulartig, wie auf einer Andockstation, angeordnet werden
können.
Die Aufnahme- und Abgabestation, die Trockenstation und die zur
Steuerung benötigten Teile
sind vorzugsweise fest am Rahmen der Lackiervorrichtung angeordnet.
Die lackführenden
Teile können,
zum Beispiel mit Hilfe von Schnellverschlüssen und entsprechenden Steckverbindungen,
in wenigen Schritten funktionsbereit am Rahmen angeordnet werden.
Der schnelle Austausch ist vorteilhaft, da, beispielsweise beim
Lackwechsel von Hardcoat auf Decorlack oder einer Reinigung, die
Lackiervorrichtung beziehungsweise das Inline-Oberflächenbehandlungssystem
mit einer erfindungsgemäßen Lackiervorrichtung
in kurzer Zeit, zum Beispiel in ca. 15 Minuten, auf einen neuen
Lack umgestellt beziehungsweise gereinigt werden kann. Bei bekannten Vorrichtungen
würde eine
solche Maßnahme
6–8 h dauern.
-
Das
erfindungsgemäße Oberflächenbehandlungssystem
weist vorzugsweise mindestens eine erfindungsgemäße Lackiervorrichtung auf.
Die erfindungsgemäße Lackiervorrichtung
kann auch unabhängig
von dem Oberflächenbehandlungssystem verwendet
werden.
-
Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
mit Bezug auf die Figuren beschrieben; es zeigen:
-
1 eine
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Oberflächenbehandlungssystems,
-
2 eine
bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lackiervorrichtung,
-
3 eine
schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Substrathalters,
-
4 eine
schematische Darstellung einer Halteseite eines Adapters und
-
5 eine
schematische Darstellung der Anordnung eines Adapters gemäß 4 auf
einem Substrathalters gemäß 3.
-
1 zeigt
ein Oberflächenbehandlungssystem,
das eine Substratentnahmestation 2 aufweist, die dem Oberflächenbeschichtungssystem 3 bis 12 ein
zu behandelndes Substrat 13 von einer Substratproduktionsvorrichtung 1 zuführt. Vorzugsweise
ist die Substratproduktionsvorrichtung 1 eine Spritzgießmaschine
oder eine Spritzblasmaschine. Alternativ kann das Substrat 13 aus
einem Puffer entnommen werden.
-
Das
Substrat 13 hat vorzugsweise eine dreidimensionale Oberfläche. Mögliche Substrate 13 sind
zum Beispiel Gehäuse
beziehungsweise Gehäuseteile
für Telefone,
Mobiltelefone, Autoteile, zu beschichtende Teile aus der Medizintechnik,
wie zum Beispiel Inhalatoren.
-
Nachdem
ein zu behandelndes Substrat 13 dem Oberflächenbeschichtungssystem 3 bis 12 zugeführt wurde,
wird vorzugsweise eine beziehungsweise mehrere Masken auf dem Substrat 13 für die darauffolgenden
Oberflächenbehandlungen
angeordnet. So können
Teile der Substratoberfläche
vor einer Oberflächenbehandlung
geschützt
werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Maske
nur für
bestimmte Oberflächenbehandlungen
vorgesehen und schon vor Abschluss der gesamten Oberflächenbehandlung
wieder entfernt. So kann zum Beispiel für eine Dekorschicht nur ein
Teil eines Substrats 13 beschichtet werden, um so gewünschte optische
Effekte, wie zum Beispiel ein bestimmtes Muster, zu erreichen, wohingegen
beim Aufbringen einer Schutzschicht das ganze Substrat beschichtet
werden kann. Vorzugsweise kann für jede
Oberflächenbehandlung
eine andere Maske auf dem Substrat 13 positioniert und
unmittelbar nach der Abschluss der jeweiligen Behandlung entfernt werden.
In 1 wird mittels einer Maskiervorrichtung 4 vor
der ersten Oberflächenbehandlung
eine Maske auf dem Substrat 13 positioniert. Nach der letzten
Oberflächenbehandlung
wird diese Maske mit Hilfe einer Entmaskierungsvorrichtung 10 vom
Substrat 13 entfernt.
-
Weiter
zeigt 1 eine Oberflächenbehandlungsstation
mit einer Primer-Lackiervorrichtung 5 zum Aufbringen einer
Basisbeschichtung auf das Substrat 13. In einer optionalen
Sputtervorrichtung 6, wie zum Beispiel einem 3DS Metallizer
der Singulus Technologies AG, Kahl am Main, kann eine metallische
Schicht auf dem Substrat 13 aufgebracht werden. In darauffolgenden
Beschichtungsvorrichtungen können
vorzugsweise weitere dekorative Schichten mit einer Dekorationsschicht-Lackiervorrichtung 7 und/oder
funktionelle Schichten, insbesondere eine Schutzschicht, mit einer
Schutzschicht-Lackiervorrichtung 8 auf
dem Substrat 13 angeordnet werden. Überschüssiges Beschichtungsmaterial
wird vorzugsweise mit bekannten Verfahren beziehungsweise Vorrichtungen
(nicht gezeigt) so zurückgeführt, dass
eine Wiederverwendung möglich
ist, wobei optional Wiederaufbereitungsmaßnahmen, wie zum Beispiel eine
Filterung, vorgenommen werden. Eine solche Rückführung ist nicht nur umweltfreundlich, sondern
darüber
hinaus auch kostensparend, da der Bedarf an Beschichtungsmaterial
reduziert werden kann. Die Vorrichtungen der Oberflächenbehandlungsstation
können
je nach Bedarf variiert werden, d.h. es können gegenüber der dargestellten Ausführungsform
zusätzliche
Vorrichtungen vorgesehen oder einzelne Vorrichtungen weggelassen
werden.
-
Vorzugsweise
wird an verschiedenen Stellen, zum Beispiel nach bestimmten Oberflächenbehandlungen,
eine Qualitätsprüfung vorgenommen.
In einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Substrat 13 vor dem Durchführen einer Behandlung auf seine
Qualität,
wie zum Beispiel Maße
und/oder Oberflächeneigenschaften,
mittels bekannter Vorrichtungen, wie zum Beispiel einem Bildverarbeitungssystem,
untersucht. In 1 sind beispielhaft Lackdickenmessgeräte 9 nach
der Primer-Lackiervorrichtung 5, nach der Sputtervorrichtung 6 und nach
der Dekorationsschicht-Lackiervorrichtung 7 angeordnet.
Am Ende der Oberflächenbehandlung wird
das Substrat 13 von einer Oberflächeninspektionsvorrichtung 11 auf
seine Qualität
hin untersucht.
-
Vorzugsweise
kommunizieren die Qualitätssicherungsvorrichtungen 9, 11 mit
einem zentralen Steuerrechner 16 und/oder mit den einzelnen
Behandlungsstationen und der Fördereinrichtung 3,
wodurch Prozessparameter unmittelbar, zum Beispiel nach dem Feststellen
einer zu dünnen
Beschichtung, optimiert werden können.
Die an der Kommunikation beteiligten Vorrichtungen sind vorzugsweise über einen
Bussystem 15 miteinander beziehungsweise mit dem zentralen
Steuerrechner 16 verbunden, wobei die Qualitätssicherungsvorrichtungen 9, 11 vorzugsweise
eine unidirektionale Verbindung 151 und
die Behandlungsstationen sowie die Fördereinrichtung 3 vorzugsweise
eine bidirektionale Verbindung 152 an das
Bussystem 15 haben. Besonders bevorzugt werden solche Parameteroptimierungen
innerhalb gewünschter
Qualitätsgrenzen
von den einzelnen Geräten
in den entsprechenden Stationen ausgeführt, wodurch eine fehlerhafte
Behandlung eines Substrats 13, das heißt außerhalb von vorgegebenen Qualitätstoleranzen,
vermieden werden kann. Prozessparameter können beispielsweise die Geschwindigkeit
einer Fördereinrichtung 3 des
Oberflächenbehandlungssystems,
die im Folgenden näher
erläutert wird,
die Dicke einer angeordneten Lackschicht, die Trockenzeit und/oder
die Trockentemperatur einer Lackschicht sein. Vorzugsweise kann über solche Prozessparameter
auch die Substratproduktionsmaschine 1 gesteuert beziehungsweise
nachregelt werden. Prozessparameter zur Steuerung der Substratproduktionsmaschine 1 können die
Produktionsgeschwindigkeit und/oder Herstellungsparameter, wie zum
Beispiel die Materialzusammensetzung und/oder die Verarbeitungstemperatur,
sein.
-
Besonders
bevorzugt können
auch die Vorrichtungen der Oberflächenbearbeitungsstation mit einem
zentralen Steuerrechner 16 und/oder direkt mit allen anderen
Geräten
des Systems über
ein Bussystem 15 kommunizieren und so eine oder mehrere Regelschleifen
bilden. Sollte zum Beispiel ein Beschichtungsgerät aufgrund eines Fehlers nicht
mit voller Geschwindigkeit arbeiten können, kann der Systemtakt sofort
angepasst werden, ohne Substrate 13 fehlerhaft zu bearbeiten.
-
Nach
Beendigung der Oberflächenbehandlung
und der entsprechenden Qualitätssicherungsmaßnahmen
wird das Substrat 13 vorzugs weise an einen Puffer zur Aufbewahrung
beziehungsweise an einen Folgeprozess weitergegeben.
-
Zwischen
und vorzugsweise auch während den
einzelnen Behandlungsstufen wird das Substrat 13 von einer
Fördervorrichtung 3 transportiert.
Diese Fördervorrichtung 3 soll
vorzugsweise während
der Behandlung des Substrats 13 in den Behandlungsstufen
nicht kontaminiert werden und ist deshalb mehrfach verwendbar. Die
Fördervorrichtung 3 gewährleistet
den Transport der Substrate 13 ohne Zwischenspeicherung
und somit ohne Zeitverzögerung zwischen
den Bearbeitungsstufen. Die In-line Fördereinrichtung 3 ist
in einer bevorzugten Ausführungsform
als eine Einheit ausgeführt,
wobei diese Einheit mehrere einzelne aneinander anschließende Fördervorrichtungen
oder eine einstöckige
Fördervorrichtung
aufweisen kann. Durch die pufferlose Beförderung der Substrate 13 durch
die Fördervorrichtung 3, kann
die Anzahl der sich im System befindenden Substrate 13 minimiert
werden, wodurch selbst im Fall einer fehlerhaften Bearbeitung der
Substrate 13 der Schaden auf ein Minimum reduziert werden
kann.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
kann die Fördervorrichtung 3 Substarthalter 22a, 22b,
wie mit Bezug auf 2, 3 und 5 näher erläutert, aufweisen.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird das Substrat 13 bei bestimmten Behandlungen an eine
selbstständig
arbeitende Vorrichtung abgegeben, die über eigene Transportvorrichtungen verfügt, und
das Substrat 13 nach vollendeter Behandlung wieder auf
die Fördervorrichtung 3 zur
weiteren Bearbeitung zurückgeführt.
-
Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Oberflächenbehandlungssystems
weist mindestens eine erfindungsgemäße Lackiervorrichtung auf,
die mit Bezug auf 2 im Folgenden näher beschrieben
wird. Es wird angemerkt, dass im Rahmen der Erfindung die Merkmale
der erfindungsgemäßen Lackiervorrichtung auch
ohne das erfindungsgemäße Oberflächenbehandlungssystem
verwendet werden können.
-
2 zeigt
eine Lackiervorrichtung mit einer Aufnahme- und Abgabestation 20 für Substrate 13, einer
Lackierstation 24 und einer Trockenstation 26. Die
Stationen weisen Behandlungsräume
auf, in denen das Substrat 13 bearbeitet wird. In der Lackierstation 24 kann
eine Grundierung, ein Effektlack oder ein Schutzlack auf dem Substrat 13 angeordnet
werden, wobei die ausgebildeten Schichten anschließend in
einer Trockenstation 26 zumindest teilweise getrocknet
werden können.
In der Aufnahme- und Abgabestation 20 wird ein behandeltes
Substrat 13 gegen ein zu behandelndes Substrat 13 gewechselt. Das
Substrat 13 wird vorzugsweise mit einer Transportvorrichtung 21 von
der Aufnahme- und Abgabestation 20 zu der Lackierstation 24,
anschließend
zu der Trockenstation 26 und schließlich wieder zu der Aufnahme-
und Abgabestation 20 transportiert.
-
Die
erfindungsgemäße Lackiervorrichtung wird
beispielhaft mit einer Lackierstation 24 beschrieben. Anstelle
der Lackierstation 24 kann jedoch jede andere bekannte
Art von Oberflächenbeschichtungsstation
vorgesehen werden. Beispielsweise kann eine Oberflächenbeschichtungsstation
eine Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung, vorzugsweise einen 3DS
Metallizer der Singulus Technologies AG, Kahl am Main, oder eine
Vorrichtung zum chemischen oder physikalischen Gasphasenabscheiden
aufweisen.
-
Die
Transportvorrichtung 21 weist vorzugsweise drei Transportarme 23 auf,
die sich im wesentlichen rechtwinklig zu einer gemeinsamen Drehachse
A, die in 2 senkrecht zur Zeichenebene
steht, und von dieser unter gleichen Winkelabständen weg erstrecken. Im Beispiel
von 2 sind jeweils zwei Transportarme 23 in
einem Abstand von 120° angeordnet.
Vorzugsweise ist die Anzahl der Transportarme 23 der Transportvorrichtung 21 gleich
oder größer als
die Anzahl der Stationen der Lackiervorrichtung.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die Transportvorrichtung 21 längs ihrer Rotationsachse bewegbar,
das heißt
heb- und senkbar.
-
An
den freien Enden weisen die Transportarme 23 Substrathalter 22a auf,
die ein Substrat 13 mittels bekannten Maßnahmen,
wie Greifer und/oder Saugdüsen
und/oder Tragevorrichtungen, zumindest für eine gewisse Zeit fixieren
können.
-
Vorzugsweise
wird gleichzeitig mit dem Transport des unbehandelten Substrats 13 von
der Aufnahme- und Abgabestation 20 zu der Lackierstation 24,
ein lackiertes Substrat 13 von der Lackierstation 24 zu
der Trockenstation 26 und ein getrocknetes Substrat 13 von
der Trockenstation 26 zurück an die Aufnahme- und Abgabestation 20 transportiert.
Der Transport findet in der in 2 gezeigten
Konfiguration im Gegenuhrzeigersinn statt.
-
Um
zu vermeiden, dass ein Substrathalter 22a der Transportvorrichtung 21 nach
dem Positionieren eines Substrats 13 in einem Behandlungsraum
einer Station verbleibt, wird die Transportvorrichtung 21 entgegen
oder im Uhrzeigersinn gedreht um den Substrathalter 22a,
beispielsweise während einer
Lackierung, aus dem Behandlungsraum herauszubewegen. Nach der Behandlung
kann sich die Transportvorrichtung 21 entweder entgegengesetzt der
vorherigen Bewegung, oder in der gleichen Richtung weiter drehen,
um die Substrate 13 in den jeweiligen Station wieder an
den Substrathaltern 22a anzuordnen. Vorzugsweise findet
eine Substrataufnahme bzw. Substratabgabe an der Aufnahme- und Abgabestation 20 während der
Positionierung der anderen Substrate 13 in den jeweiligen
Stationen statt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
kann die Substrataufnahme bzw. Substratabgabe in einer Zwischenposition
der Transportvorrichtung 23 während der Bearbeitung der Substrate 13 in
der Lackierstation 24 und in der Trockenstation 26 stattfinden, wobei
in der Zwischenposition vorzugsweise keiner der Substrathalter 22a in
einem Wirkungsbereich befindet. In dieser bevorzugten Ausführungsform
muss die Aufnahme- und Abgabestation 20 entsprechend angeordnet
sein.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die Substrathalter 22a an den Transportarmen 23 in
Richtung der Längsachse
der Transportarme 23 beweglich angeordnet. Ein in einer
Station angeordnetes Substrat 13 kann so an einem ausgefahrenen
Substrathalter 22a, das heißt in einer Position, in der
der Substrathalter 22a einen größeren Abstand zur Drehachse
A der Transportvorrichtung 21 hat, angeordnet werden. Anschließend wird
der Transportarm 23 um die Rotationsachse A der Transportvorrichtung 21 geschwenkt,
wodurch sich die Substrathalter 22a von den Stationen entfernen.
Insbesondere nach der Positionierung eines Substrats 13 in
einer Lackier- und/oder
Trockenstation 24 bzw. 26 wird der Substrathalter 22a aus
dem Wirkungsbereich entfernt, um ein Kontaminieren durch Lack oder
eine Einwirkung durch Strahlung zu vermeiden. Bei dieser bevorzugten
Ausführungsform
wird die Transportvorrichtung 21 vorzugsweise nicht mittels
Rotation aus den Wirkungsbereichen herausbewegt, weshalb mehr Zeit
zum Wechsel des behandelten Substrats 13 gegen ein zu behandelndes
Substrat 13 an der Aufnahme- und Abgabestation 20 bleibt,
da währenddessen
die in den Stationen angeordneten Substrate 13 behandelt
werden.
-
Vorzugsweise
ist zwischen der Transportvorrichtung 21 und mindestens
einer der Stationen eine Stationstransportvorrichtung 27a, 27b angeordnet. Eine
Stationstransportvorrichtung 27a, 27b kann ein Substrat 13 von
der Transportvorrichtung 21 in eine Behandlungsposition
oder zu einer weiteren Vorrichtung (nicht dargestellt) transportieren,
die das Substrat im Behandlungsraum positioniert. Die Stationstransportvorrichtung 27a, 27b kann
vorzugsweise ähnlich
einer Transportvorrichtung 21 aufgebaut sein oder nur eine
Teilrotation mit einem Transportarm und einem daran angeordneten
Substrathalter 22b zum Transport eines Substrats 13 ausführen.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
hat die Stationstransportvorrichtung 27a, 27b mindestens
einen um eine Achse rotierenden Transportarm mit mindestens einem
Substrathalter 22b. In der besonders bevorzugten Ausführungsform
gemäß 2 weist
die Stationstransportvorrichtung 27b zwei Arme mit einem
Abstand von 180° vertikal
zur Drehachse auf, an deren freien Enden Substrathalter 22b angeordnet
sind, die vorzugsweise verschieden zu den Substrathaltern 22a der
Transportvorrichtung 21 sind.
-
Ein
Substrathalter 22a der Transportstation 21 nimmt
ein Substrat 13 an der Substrat-Aufnahme- und Abgabestation 20 auf,
das sich auf der Fördervorrichtung 3 befindet,
um es anschließend
zu der Lackierstation 24 zu transportieren. Dazu fixiert
der Substrathalter 22a der Transportvorrichtung 21 vorzugsweise
mittels eines Greifers das Substrat, was detaillierter in Bezug
auf 5 dargelegt wird. Durch eine Hebebewegung der
Transportvorrichtung 21 beziehungsweise des Substrathalters 22a kann
das Substrat 13 von der Aufnahme- und Abgabestation 20 abgehoben
und mit einer folgenden Drehbewegung der Transportvorrichtung 21 zu
der Lackierstation 24 transportiert werden. Die Transportvorrichtung 21 positioniert
das Substrat 13 über
einem Substrathalter 22b der Lackierstation 24,
beispielsweise einem Dorn 31, und setzt das Substrat 13 durch
eine Senkbewegung auf diesem Dorn 31 ab. Die Stationstransportvorrichtung 27a, 27b kann
das Substrat 13 anschließend optional fixieren und
dann mittels einer Drehung in die Behand lungsposition der Lackierstation 24 befördern. Der
Transport der Substrate 13 zu den anderen Stationen läuft analog
ab.
-
Der
Substrathalter 22a, 22b, auf dem das Substrat 13 während der
Behandlung angeordnet ist, ist vorzugsweise so im Behandlungsraum
positioniert, dass er in einem Behandlungsschattenbereich ist, insbesondere
in einem Lackiernebelschatten, und so im wesentlichen nicht kontaminiert
wird.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
mit Stationstransportvorrichtungen 27a wird bei einer Drehposition
der Transportvorrichtung 21 ein zu behandelndes Substrat 13 an
eine Station abgegeben und anschließend, ohne eine Drehbewegung
der Transportvorrichtung 21, ein behandeltes Substrat 13 aufgenommen.
Dazu wird ein zu behandelndes Substrat 13 an einem Substrathalter 22b der
Stationstransportvorrichtung 27a positioniert. Anschließend wird
mittels einer Drehbewegung der Stationstransportvorrichtung 27a gleichzeitig
ein behandeltes Substrat 13 aus der Behandlungsposition
entfernt und ein zu behandelndes Substrat 13 wird in die
Behandlungsposition transportiert. Das behandelte Substrat 13 kann
dann wie beschrieben am Substrathalter 22a der Transportvorrichtung 21 fixiert
und zur nächsten Station
transportiert werden.
-
3 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
eines Substrathalters 22b mit einem Körperteil 30, einem
Dorn 31 und einem Expansionselement 32, das vorzugsweise
einen Teil der Oberfläche
des Dorns 31 bildet. Zum Positionieren des Substrats 13 auf
dem Dorn 31 kann der Substrathalter 22b und/oder
nur der Dorn 31 mit dem Expansionselement 32 vertikal
beweglich ausgeführt
werden. Das Expansionselement 32 kann zum Beispiel mittels
einer Druckquelle oder einer mechanischen Vorrichtung gesteuert
werden, um einen Adapter 35, wie im Folgenden beschrieben,
zu fixieren.
-
4 zeigt
eine schematische Rückansicht eines
Adapters 35 mit einem Halteelement 36. Das Halteelement 36 ist
vorzugsweise dauerhaft am Adapter 35 angeordnet und kann
einstückig
mit dem Adapter 35 ausgebildet sein. Das Halteelement 36 hat eine
der Form des Dorns 31 entsprechende Öffnung, so dass der Dorn 31 in
das Halteelement eingreifen kann. Alternativ zum Dorn 31 kann
das Halteelement 36 oder die Halteseite des Adapters 35 mit
Greifern für
die Dauer des Transports eines Substrats 13 fixiert werden.
Auf der der Rückseite
abgewandten Vorderseite des Adapters 35 wird ein Substrat 13 auf bekannte
Weise, wie zum Beispiel mittels einer Schnappvorrichtung, lösbar angeordnet.
Der Adapter 35 kann optional nur für die Dauer der Bearbeitung des
Substrats 13 in der Lackiervorrichtung in einem ersten
Schritt angeordnet werden. Insbesondere während eines Lackiervorgangs
ist das Halteelement 36 des Adapters 35 vorzugsweise
so in der Lackierstation 24 angeordnet, dass es nicht kontaminiert wird.
So kann eine Problemlose Lösung
des Adapters 35 vom Substrathalter 22a, 22b sichergestellt werden.
-
5 zeigt
schematisch die Anordnung des Adapters 35 auf dem Substrathalter 22b,
wobei auf dem Adapter 35 ein Substrat 13 angeordnet
wird. Der Adapter 35 wird von einem Substrathalter 22a der Transportvorrichtung 21 fixiert.
Vorzugsweise ist der Substrathalter 22a als Greifer ausgebildet
der das Halteelement 36 und/oder den Adapter 35 fixiert.
Mittels einer Senkbewegung des Transportvorrichtung 21 beziehungsweise
des Substrathalters 22a wird das Halteelement 36 auf
dem Dorn 31 so angeordnet, dass zumindest ein Teil des
Expansionselements 32 im Halteelement 36 positioniert
ist. Alternativ oder zusätzlich
zur Senkbewegung des Transportvorrichtung 21 kann der Dorn 31 beziehungsweise der
Substrathalter 22b eine Hebebewegung durchführen. Optional
wird das Volumen des Expansionselements 32 vergrößert, so
dass den Adapter 35 fest am Substrathalter 22b angeordnet
ist, um das Substrat 13 transportieren und/oder bearbeiten
zu können.