DE102007027618A1

DE102007027618A1 - Verfahren zur Vorbehandlung von zu lackierenden polymeren Oberflächen

Info

Publication number: DE102007027618A1
Application number: DE102007027618A
Authority: DE
Inventors: Peter Krauss; Jörg Braun; Olaf Eckardt
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2007-06-12
Filing date: 2007-06-12
Publication date: 2008-12-18
Also published as: US20100288310A1; WO2008151772A3; WO2008151772A2; EP2155404A2; RU2010100818A; RU2434690C2; HUE029673T2; US8398780B2; EP2155404B1; ZA200908733B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung von zu lackierenden polymeren Oberflächen von Bauteilen (20), bei dem wenigstens eine polymere Oberfläche wenigstens eines Bauteils (20) innerhalb einer Vorbehandlungszelle (12) gereinigt und anschließend mit einer oxydierenden Flamme behandelt wird und wobei sowohl die Reinigung der polymeren Oberfläche als auch die Behandlung der polymeren Oberfläche mit einer oxydierenden Flamme innerhalb derselben Vorbehandlungszelle (12) vorgenommen werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung (10) zur Vorbehandlung von zu lackierenden polymeren Oberflächen von Bauteilen, mit einer Vorbehandlungszelle (12), innerhalb derer sowohl wenigstens eine Reinigungsvorrichtung (16) als auch wenigsstens eine Beflammungsvorrichtung (18) angeordnet sind, wobei die Reinigungsvorrichtung (16) für eine Reinigung wenigstens einer polymeren Oberfläche wenigstens eines Bauteils (20) innerhalb der Vorbehandlungszelle (12) vorgesehen ist und wobei die Beflammungsvorrichtung (18) nach Reinigung der polymeren Oberfläche für deren Behandlung mit einer oxydierenden Flamme innerhalb der Vorbehandlungszelle (12) vorgesehen ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung von zu lackierenden polymeren Oberflächen von Bauteilen, bei dem wenigstens eine polymere Oberfläche wenigstens eines Bauteils innerhalb einer Vorbehandlungszelle gereinigt und anschließend mit einer oxydierenden Flamme behandelt wird.
Bauteile aus polymeren Substraten, beispielsweise Kunststoffstoßfänger für die Autoindustrie werden üblicherweise in einem Drei-Schicht-Lackaufbau lackiert, wobei in der Regel eine Grundierung/Primer vorgelegt wird, danach ein farbgebender Basislack lackiert wird und abschließend eine Klarlacklackschicht aufgebracht wird. Es ist auch bekannt auf die Grundierung/Primer zu verzichten und den Basislack direkt auf das Kunststoffsubstrat zu lackieren. Eine weitere bekannte Lösung umfasst die Ein-Schicht-Lackierung bzw. die Zwei-Schicht-Lackierung mit Lösemittel oder Hydrolacken.
Vor der Lackierung der Oberflächen derartiger Bauteile werden diese in der Regel vorbehandelt, wobei eine typische Vorbehandlung die Reinigung der Oberfläche des Bauteils und eine sich an die Reinigung der Oberfläche anschließende Behandlung der Oberfläche mit einer oxydierenden Flamme, insbesondere zur Verbesserung der Hafteigenschaften umfasst. Die Reinigung der Oberfläche erfolgt hierbei meist mittels einer wässrigen Mehrzonenwaschanlage oder unter Verwendung von Kohlendioxid-Schnee (CO₂-Schnee) oder Kohlendioxid-Pellets (CO₂-Pellets). Die beiden Prozessschritte, also die Reinigung und die Beflammung, erfolgen hierbei jeweils in separaten, eingehausten und separat belüfteten Zellen bzw. Anlagenteilen.
Diese bekannte Aufteilung der beiden Prozessschritte auf zwei derartige separate Zellen erfordert einen hohen Platzbedarf, der mit einem hohen Energieeinsatz einhergeht. Ferner sind mit dieser bekannten Aufteilung der beiden Prozessschritte lange Durchlaufzeiten verbunden. Schließlich muss das Bauteil nach Reinigung der Oberfläche aus der Zelle, in der es gereinigt wurde, in die für die Beflammung bereitgestellte Zelle überführt werden.
Trotz aller Sorgfalt kommt es hierbei während der Überführung oft zu ungewollten Verunreinigungen der bereits gereinigten Bauteiloberfläche durch äußere Einflüsse, die sich letztlich nachteilig auf die Qualität der Lackierung auswirken.
Insgesamt betrachtet sind daher die gegenwärtig bekannten Verfahren zur Vorbehandlung von zu lackierenden polymeren Oberflächen von Bauteilen sehr kostenintensiv und aufwendig. Ferner sind sie recht anfällig für qualitätsmindernde Verschmutzungen.
Zugrundeliegende Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vorbehandlung von zu lackierenden polymeren Oberflächen von Bauteilen anzugeben, mit dem gegenüber bekannten Lösungen eine kostengünstige und praktische Vorbehandlung von zu lackierenden polymeren Oberflächen möglich ist, und mit dem die Qualität der Lackierung verbessert werden kann.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit dem eingangs genannten Verfahren zur Vorbehandlung von zu lackierenden polymeren Oberflächen von Bauteilen gelöst, bei dem sowohl die Reinigung der polymeren Oberfläche als auch die Behandlung der polymeren Oberfläche mit einer oxydierenden Flamme innerhalb derselben Vorbehandlungszelle vorgenommen werden.
Erfindungsgemäß erfolgt sowohl die Reinigung als auch die Behandlung der polymeren Oberfläche mit einer oxydierenden Flamme innerhalb derselben Vorbehandlungszelle, die vorzugsweise eingehaust ausgebildet ist und temperiert und/oder klimatisiert ist. Die Vorbehandlungsbereiche innerhalb der Vorbehandlungszelle für die Reinigung und Beflammung können dabei durch einfache Silhouetten lufttechnisch voneinander abgegrenzt sein. Auch ist eine Kaskadenführung der Kabinenluft in diesem Bereich möglich. Erfindungsgemäß ist die Bereitstellung einer weiteren Vorbehandlungszelle nicht vorgesehen, einhergehend mit einem deutlich reduzierten Platzbedarf und einem deutlich reduzierten Energieeinsatz gegenüber bekannten Lösungen. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich daher die Kosten für die Vorbehandlung von zu lackierenden polymeren Oberflächen deutlich reduzieren.
Ferner entfällt insbesondere die bei bekannten Lösungen erforderliche Überführung des bereits gereinigten Bauteils zu einer für die Beflammung bereitgestellte Vorbehandlungszelle, während der es oft zu ungewollten Verunreinigungen der bereits gereinigten Bauteiloberfläche durch äußere Einflüsse kommt, die sich letztlich nachteilig auf die Qualität der Lackierung auswirken. Ferner wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Erfolgsrate beim nachfolgenden Lackierprozess erhöht und der Einsatz von Ressourcen geschont.
Ferner ist es durch die unmittelbare Reihenfolge der Prozessschritte – umfassend die Reinigung und die Beflammung – in ein und derselben Vorbehandlungszelle möglich, Synergien zu nutzen, die zu einem optimierten Vorbehandlungsergebnis führen, wobei störende, insbesondere durch die Überführung hervorgerufene Nebeneffekte weitestgehend vermieden werden. Hierbei ist ein ideales Vorbehandlungsergebnis gekennzeichnet durch eine störungsfreie Benetzung von Lösemittel- oder Wasserlacken auf der behandelten Bauteiloberfläche und einer Oberflächenspannung von größer als 40 mN/m, gemessen z. B. mit Testtinten von der Firma Arcotest GmbH. Insbesondere wird erfindungsgemäß eine Kraterbildung vermieden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Bauteil vor der Reinigung erwärmt, und zwar bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 30°C bis 80°C, wobei bei einer praktischen Weiterbildung der Erfindung das Bauteil durch Bestrahlung mit Infrarotstrahlung erwärmt wird.
Die zu lackierenden Bauteile weisen in der Regel Additive und Hilfsstoffe auf, welche bei erhöhter Temperatur ab 30°C dazu neigen, an die Oberfläche zu migrieren, wo sie meist nachteilige Lackhaftungsstörungen hervorrufen. Da bei der Reinigung der polymeren Oberfläche in der Regel keine Temperaturanhebung stattfindet, können störende Substanzen in Form von Additiven bzw. Hilfsstoffen erst beim Beflammprozess bzw. bei der Behandlung der polymeren Oberfläche mit einer oxydierenden Flamme austreten, wobei sie dann die Oxydation der Oberfläche beim Beflammprozess stören, einhergehend mit einer negativen Beeinflussung der Lackhaftung. Um diesen Effekt bereits vor der Reinigung der polymeren Oberfläche zu provozieren, wird das Bauteil bzw. die Bauteiloberfläche, vorzugsweise durch Bestrahlung mit Infrarotstrahlung, erwärmt, und zwar bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 30°C bis 80°C, um so ein Austreten bzw. Ausschwitzen der inneren Hilfsstoffe anzuregen.
Der Temperaturbereich kann ferner bevorzugt an Art und Menge der Hilfsstoffe angepasst sein bzw. in Abhängigkeit von der Art und der Menge der Hilfsstoffe ausgewählt sein. Die ausgetretenen bzw. ausgeschwitzten Hilfsstoffe können während der sich an die Erwärmung anschließenden Reinigung von der polymeren Oberfläche abgereinigt werden.
Insgesamt betrachtet kann daher durch die erfindungsgemäß vorgesehene, der Reinigung vorgeschaltete Erwärmung des Bauteils die Wirkung der Beflammung, also die Wirkung der Behandlung der polymeren Oberfläche mit einer oxydierenden Flamme, deutlich verbessert werden, da während bzw. nach dem Beflammen keine weiteren nennenswerten Mengen an internen Substanzen bzw. Hilfsstoffen aus dem Bauteil an die Oberfläche des Bauteils treten.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die polymere Oberfläche mittels eines Kohlendioxid-Reinigungsverfahrens gereinigt, das bei einer praktischen Weiterbildung ein Kohlendioxidschnee-Strahlverfahren ist, und bei einer weiteren praktischen Weiterbildung ein Kohlendioxidpellet-Reinigungsverfahren ist.
Insbesondere durch Verwendung eines Kohlendioxidschnee-Stahlverfahrens kann eine sehr wirksame Reinigung der polymeren Oberfläche bzw. Abtragung von Verunreinigungen erzielt werden. Kohlendioxidschnee (CO₂-Schnee) reinigt schonend, trocken, rückstandsfrei und ist für eine Vielzahl von Materialien und Materialkombinationen geeignet. Ähnliche positive Eigenschaften sind mit der Reinigung mit Kohlendioxid-Pellets verbunden.
Zwar wird durch die CO₂-Reinigung mittels Schnee oder Pellets die polymere Oberfläche des Bauteils bzw. der Bauteile abgekühlt, so dass Luftfeuchte an der Oberfläche kondensiert, die wiederum die anschließende Beflammungsbehandlung der polymeren Oberfläche stört. Durch die oben dargelegte, erfindungsgemäß vor der Reinigung vorgenommene Erwärmung des Bauteils, vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 30°C bis 80°C, wird jedoch nach der Reinigung ein sehr geringer Temperaturunterschied zwischen Umgebungsluft und dem Bauteil – das hierbei eine Temperatur im Bereich von 10°C bis 50°C aufweisen kann – bereitgestellt, so dass eine höhere Feuchte der Umgebungsluft der Vorbehandlungskabine akzeptiert werden kann, und zwar ohne dass Luftfeuchte an der Bauteiloberfläche kondensiert. Erfindungsgemäß wird so eine erforderliche Entfeuchtung der eingetragenen Luft deutlich reduziert, einhergehend mit einer entsprechenden Energieeinsparung.
Ferner wird mit dem so akzeptablen, angehobenen Feuchte-Niveau ein schneller Abbau statischer Aufladung an der Bauteiloberfläche bewirkt, die insbesondere durch hohe Luftströme während des CO₂-Prozesses bzw. der CO₂-Reinigung hervorgerufen wird. Erfindungsgemäß kann so die nachträgliche Kontamination reduziert werden.
Ferner kann durch die erfindungsgemäß vorgesehene CO₂-Reinigung die Temperatur des Bauteils nach der Beflammungsbehandlung deutlich reduziert werden. Es ist bekannt, dass durch die Beflammungsbehandlung die Temperatur von zu lackierenden Bauteiloberflächen auf ein Niveau von größer als 30°C ansteigen kann. Für den sich an die Vorbehandlung anschließenden Lackierprozess wirken hohe Bauteiltemperaturen jedoch störend, da sie einen schlechten Verlauf des Lackes (Wave) bewirken. Deshalb ist es erforderlich, eine Oberflächentemperatur von kleiner als 30°C bereitzustellen, was bei bekannten Lösungen durch Zwischenzonen zur Kühlung mit Umgebungsluft oder mit Zu-/Abluftprozessen erreicht wird. Da jedoch erfindungsgemäß die CO₂-Reinigung der Beflammungsbehandlung unmittelbar vorgeschaltet ist, werden der Beflammung bzw. der Beflammungsbehandlung Bauteile mit abgesenkter Oberflächentemperatur zugeführt. Das Temperaturniveau nach der Beflammungsbehandlung liegt dadurch niedriger als bei bekannten Lösungen, umfassend getrennte Prozessschritte und höhere Bauteiltemperaturen beim Beginn der Beflammungsbehandlung. Insgesamt betrachtet wird somit erfindungsgemäß der zum Abkühlen vor dem Lackieren bzw. nach der Beflammungsbehandlung erforderliche Energieeinsatz deutlich reduziert, einhergehend mit einer deutlichen Reduzierung der Betriebskosten.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zum Zerstäuben von Kohlendioxidschnee oder Kohlendioxidpellets Luft mittels einer Ionisierungseinrichtung ionisiert, um eine statische Aufladung der polymeren Oberfläche, insbesondere infolge hoher Luftströme bei Einsatz einer CO₂-Reinigung, zu reduzieren. Durch die erfindungsgemäß vorgenommene Ionisierung der zum Zerstäuben vorgesehenen Luft bzw. Prozessluft bei erfindungsgemäßer Verwendung eines CO₂-Schnee-Strahlverfahrens kann ein wirksamer Ladungsabfluss der statisch aufgeladenen polymeren Bauteiloberfläche bereitgestellt werden. Eine nachträgliche Kontamination mit Staub kann so erfindungsgemäß deutlich reduziert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird nach der Reinigung der polymeren Oberfläche die polymere Oberfläche zur Ermittlung eines Verunreinigungsgrads auf Rest-Verunreinigungen untersucht und die Behandlung der Oberfläche mit einer oxydierenden Flamme wird nur vorgenommen, wenn der ermittelte Verunreinigungsgrad unterhalb eines maximalen vorgegebenen Verunreinigungsgrads liegt.
Bei Überschreitung des maximalen vorgegebenen Verunreinigungsgrads erfolgt erfindungsgemäß ein Abbruch der sich an die Reinigung anschließenden Beflammungsbehandlung. Die jeweils betroffenen, zu stark verunreinigten Bauteile werden für die sich an die Vorbehandlung anschließende Lackierung bzw. für den entsprechenden Lackauftrag gesperrt. Lackhaftungsstörungen infolge von Kontaminationen können so erfindungsgemäß vermieden werden.
Bei einer praktischen Weiterbildung der Erfindung werden durch die Reinigung von der polymeren Oberfläche abgetragene Verunreinigungen durch einen in der Vorbehandlungszelle ausgebildeten Luftstrom abtransportiert. Erfindungsgemäß kann so eine nachträgliche Verunreinigung bereits gereinigter Flächen vor der Beflammungsbehandlung vermieden werden. Vorzugsweise ist hierbei die Luftführung so gewählt, das die Verunreinigungen, insbesondere in Form von abgereinigtem Staub, durch den Luftstrom im Wesentlich vertikal nach unten oder zu einer Wand transportiert werden und dort vorzugsweise an Filtern abgeschieden werden. Vorzugsweise ist hierbei die Luft in der Vorbehandlungszelle ferner für den Zu-/Abluft-Betrieb und/oder für den Umluft-Betrieb ausgelegt. Insbesondere kann so eine Kontamination durch umher fliegenden Schmutz, der beispielsweise bei Einsatz einer CO₂-Reinigung aufgewirbelt wird, erfindungsgemäß vermieden werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Vorbehandlung von zu lackierenden polymeren Oberflächen von Bauteilen, die insbesondere für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, mit einer Vorbehandlungszelle, innerhalb derer sowohl wenigstens eine Reinigungsvorrichtung als auch wenigstens eine Beflammungsvorrichtung angeordnet sind, wobei die Reinigungsvorrichtung für eine Reinigung wenigstens einer polymeren Oberfläche wenigstens eines Bauteils innerhalb der Vorbehandlungszelle vorgesehen ist und wobei die Beflammungsvorrichtung nach Reinigung der polymeren Oberfläche für deren Behandlung mit einer oxydierenden Flamme innerhalb der Vorbehandlungszelle vorgesehen ist. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Anordnung einer Reinigungsvorrichtung und einer Beflammungsvorrichtung innerhalb derselben Vorbehandlungszelle können die oben beschriebenen vorteilhaften Wirkungen für die Vorbehandlung der polymeren Oberfläche des Bauteils bzw. der Bauteile innerhalb der Vorbehandlungszelle erzielt werden.
Bevorzugt ist die Reinigungsvorrichtung eine Kohlendioxidschnee-Strahlvorrichtung, mit der das oben beschriebene, vorteilhafte Kohlendioxidschnee-Strahlverfahren zur Reinigung der polymeren Oberfläche des Bauteils durchführbar ist. Ferner kann die Reinigungsvorrichtung auch eine Kohlendioxid-Pellet-Reinigungsvorrichtung sein.
Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Erwärmungsvorrichtung zur Erwärmung des Bauteils auf, um das Bauteil vor der Reinigung der polymeren Oberfläche zu erwärmen. Wie oben dargelegt, kann durch die mittels der Erwärmungsvorrichtung vorgenommene Erwärmung des Bauteils bzw. der polymeren Bauteiloberfläche die Wirkung der Beflammung, also die Wirkung der Behandlung der polymeren Oberfläche mit einer oxydierenden Flamme, deutlich verbessert werden, da während bzw. nach dem Beflammen keine weiteren nennenswerten Mengen an internen Substanzen bzw. Hilfsstoffen aus dem Bauteil an die Oberfläche des Bauteils treten. Ferner kann durch die Erwärmung des Bauteils, wie oben dargelegt, nach der Reinigung ein sehr geringer Temperaturunterschied zwischen Umgebungsluft und dem Bauteil bereitgestellt werden, so dass eine höhere Feuchte der Umgebungsluft der Vorbehandlungskabine akzeptiert werden kann, und zwar ohne dass Luftfeuchte an der Bauteiloberfläche kondensiert.
Bei einer konkreten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Erwärmungsvorrichtung eine Infrarot-Strahlvorrichtung, die bevorzugt wenigstens einen Infrarot-Strahler aufweist. Die Verwendung einer Infrarot-Strahltechnik ermöglicht eine sehr praktische Erwärmungsmöglichkeit der Bauteile, was insbesondere für die Vorbehandlung und die anschließende Lackierung von Bauteilen in hoher Stückzahl von Vorteil ist. Auch kann die Erwärmungsintensität durch eine Steuerung an die Bauteile angepasst sein, wodurch eine gleichmäßige Erwärmung erfolgt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist innerhalb der Vorbehandlungszelle wenigstens eine Positioniervorrichtung angeordnet, an der die Reinigungsvorrichtung oder die Beflammungsvorrichtung angebracht ist, und die dazu ausgebildet ist, die Reinigungsvorrichtung oder die Beflammungsvorrichtung in einer vorgegebenen Position in Umgebung der polymeren Oberfläche des Bauteils anzuordnen. Bei einer konkreten Weiterbildung ist hierbei die Positioniervorrichtung ein Hubgerät oder ein Roboter, der bevorzugt in Form eines Industrieroboters ausgebildet sein kann.
Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtungen, die vorzugsweise in Form eines Hubgeräts oder eines Roboters bzw. Industrieroboters ausgebildet sein können, kann eine automatische bzw. gesteuerte Reinigung und Beflammung der jeweiligen polymeren Bauteiloberfläche vorgenommen werden. Erfindungsgemäß sind hierfür die zu behandelnden Bauteile so zu positionieren, dass die Erreichbarkeit aller Zonen am Bauteil für die Reinigungsvorrichtung bzw. das Reinigungsmedium und ferner für die Beflammungsvorrichtung bzw. die oxydierende Flamme gewährleistet ist.
Bei einer konkreten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine sich in der Vorbehandlungszelle erstreckende Fördereinrichtung vorgesehen, an der wenigstens ein Warenträger zum Transport des Bauteils angebracht ist, wobei die Fördereinrichtung dazu ausgebildet ist, den Warenträger kontinuierlich oder getaktet zu transportieren. Mittels der Fördereinrichtung, die sich vorzugsweise außerhalb der Vorbehandlungszelle unter anderem in eine Lackieranlage erstrecken kann, die für die sich an die Vorbehandlung und eine nachfolgende Abkühlung der Bauteile anschließende Lackierung der Bauteile vorgesehen ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in einen gegebenen Lackierprozess eingebunden werden, der insbesondere für die Lackierung von Bauteilen in großer Stückzahl ausgebildet ist. Hierbei geben die Warenträger die Lage bzw. die Position des Bauteils vor, welche die Erreichbarkeit aller Zonen am Bauteil für die Reinigungsvorrichtung bzw. das Reinigungsmedium und ferner für die Beflammungsvorrichtung bzw. die oxydierende Flamme gewährleistet.
Bei einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung ist innerhalb der Vorbehandlungszelle wenigstens eine Positioniervorrichtung angeordnet ist, an der sowohl die Reinigungsvorrichtung als auch die Beflammungsvorrichtung angebracht sind, und die dazu ausgebildet ist, die Reinigungsvorrichtung und die Beflammungsvorrichtung in einer vorgegebenen Position in Umgebung der polymeren Oberfläche des Bauteils anzuordnen. Diese alternative Weiterbildung ist insbesondere im Hinblick auf eine Reduzierung des Raumbedarfs und damit des Energieeinsatzes von Vorteil, und zwar bei geringen Flächenleistungen, welche die einzelne Positioniervorrichtung, vorzugsweise in Form eines Hubgeräts bzw. Roboters, mit weniger als 50% auslasten, wobei hierbei bevorzugt eine Reinigungsdüse der Reinigungsvorrichtung neben einer Beflammdüse der Beflammungsvorrichtung an einem Roboterarm bzw. an einem Hubgerät installiert sein kann. Insgesamt betrachtet kann so erfindungsgemäß der Bedarf an Positioniervorrichtungen deutlich reduziert werden.
Bei einer konkreten Weiterbildung der Erfindung ist eine Steuerungsvorrichtung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, die Positioniervorrichtung bzw. die Positioniervorrichtungen gemäß einem vorgegebenen Reinigungsbahnprogramm zur Reinigung der polymeren Oberfläche des Bauteils anzusteuern, und die ferner dazu ausgebildet ist, die Positioniervorrichtung bzw. die Positioniervorrichtungen gemäß einem vorgegebenen Beflammungsbahnprogramm zur Behandlung der polymeren Oberfläche mit einer oxydierenden Flamme anzusteuern.
Basis für das Beflammungsbahnprogramm bzw. das Reinigungsbahnprogramm kann erfindungsgemäß eine Soll-Lage bzw. Soll-Position eines Bauteils sein, wobei die Information über die Soll-Lage bzw. die Soll-Position über eine optische Erfassungsvorrichtung zur Erfassung des Soll-Zustands bereitgestellt werden kann, die in Form einer Kamera oder eines Kamerasystems ausgebildet sein kann, das eine vorgegebene Soll-Lage bzw. Soll-Position des Bauteils erfasst. Durch eine an die optische Erfassungsvorrichtung gekoppelte Bildverarbeitungsvorrichtung kann die bereitgestellte Information über die Soll-Lage bzw. Soll-Position eines Bauteils in für die Bereitstellung des Beflammungsbahnprogramms bzw. des Reinigungsbahnprogramms erforderliche Daten umgesetzt werden.
Bei einer weiteren konkreten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Vorrichtung zur Lageerkennung des Bauteils vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, die Lage des Bauteils zu erfassen, um das Reinigungsbahnprogramm und/oder das Beflammungsbahnprogramm an die erfasste Lage anzupassen, wobei die Vorrichtung bevorzugt eine optische Erfassungsvorrichtung ist, die in Form einer Kamera oder eines Kamerasystems ausgebildet sein kann.
Die Vorrichtung zur Lageerkennung des Bauteils ist erfindungsgemäß insbesondere dafür vorgesehen, die Ist-Lage bzw. die Ist-Position des Bauteils zu erfassen, um das Reinigungsbahnprogramm bzw. das Beflammungsbahnprogramm durch Vergleich mit der oben dargelegten Soll-Lage bzw. Soll-Position an die erfasste Ist-Lage anzupassen. Durch eine an die optische Erfassungsvorrichtung gekoppelte Bildverarbeitungsvorrichtung kann die bereitgestellte Information über die Ist-Lage bzw. Ist-Position eines Bauteils in für die Anpassung des Beflammungsbahnprogramms bzw. des Reinigungsbahnprogramms erforderliche Daten umgesetzt werden.
Neben der Erfassung der Ist-Lage bzw. der Ist-Position kann die Vorrichtung zur Lageerkennung zusätzlich zur Erfassung des Soll-Zustands bereitgestellt werden, wie oben dargelegt, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lageerkennung auch als eine oben beschriebene optische Erfassungsvorrichtung zur Erfassung des Soll-Zustands eingesetzt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lageerkennung ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil sich durch CO₂-Reinigung, insbesondere durch hohe Drücke des CO₂-Strahls, und die prozessbedingten Drücke eine Veränderung der Bauteil-Lage, also insbesondere eine Abweichung von der Soll-Lage ergeben kann.
Dies wirkt sich beim Einsatz der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtungen, vorzugsweise in Form von Robotern und Hubgeräten, derart aus, dass Teilbereiche des Bauteils bzw. der Bauteiloberfläche unbehandelt bleiben. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Lageerkennung kann das Auftreten von nicht behandelten Zonen durch Anpassung der Bahnprogramme vermieden werden. Insbesondere kann die Lage bzw. Position des Bauteils vor der Reinigung, insbesondere vor einer CO₂-Schneestrahl-Reinigung erfasst werden, um die Reinigung optimal auf die Bauteil-Lage bzw. Bauteil-Position abzustimmen.
Auch Lageänderungen des Bauteils, die durch die Reinigung hervorgerufen worden sind, können mit der Vorrichtung zur Lageerkennung erfasst werden und das Beflammungsbahnprogramm entsprechend angepasst werden. In diesem Zusammenhang wurde auch erkannt, dass die Lage des Bauteils nach dem Beflammen des Bauteils mit Hilfe der Lageerkennungsvorrichtung festgestellt wird und die Lage bzw. Position an weitere Bearbeitungsstationen, wie z. B. eine Lackiervorrichtung weitergegeben wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassend die Schritte S1 bis S12 in zeitlicher Abfolge.
Mittels eines Spritzgussprozesses hergestellte Bauteile (S1), z. B. Automobilstoßfänger aus PP EPDM, deren polymere Oberfläche mit einer vorgegebenen Wagenfarbe zu lackieren ist, werden nach dem Spritzgussprozess zunächst auf eine Temperatur von ca. 30°C bis 60°C abgekühlt und anschließend einem Lackierprozess zugeführt (S2), der neben der eigentlichen Lackierung ein vorgeschaltetes erfindungsgemäßes Vorbehandlungsverfahren aufweist.
Der Transport zum Vorbehandlungsverfahren erfolgt durch Warenträger, die auf einer Fördereinrichtung angebracht sind, wobei die Bauteile hierzu auf den Warenträgern positioniert werden (S3). Eine sich hieran anschließende erste Bauteilbehandlung umfasst das Vorheizen des Bauteils bzw. der polymeren Oberfläche des Bauteils durch Bestrahlung mit Infrarotstrahlung (S4). Diese Erwärmung dient dem Ausschwitzen von inneren Additiven und Hilfsstoffen. Anschließend werden die Bauteile über die Fördereinrichtung der CO₂-Reinigung innerhalb einer eingehausten, fremdbelüfteten und klimatisierten Vorbehandlungszelle zugeführt, wo eine Reinigung der zu lackierenden Bauteiloberfläche vorzugsweise über ein CO₂-Schnee-Strahlverfahren erfolgt (S5).
Die Reinigung erfolgt über einen Roboter, an dessen Roboterarm eine CO₂-Schnee-Strahlvorrichtung angebracht ist, wobei die Bewegung des Roboterarms gemäß einem vorgegebenen Reinigungsbahnprogramm über eine Steuervorrichtung gesteuert wird. Hierbei werden gesteuert sämtliche zu behandelnden Zonen des Bauteils gereinigt. Bei der Reinigung der Bauteiloberfläche werden hierbei insbesondere die ausgeschwitzten (vgl. S4), an die Oberfläche des Bauteils gewanderten Additive und Hilfsstoffe abgereinigt, die sonst zu Lackhaftungsstörungen führen könnten. Die CO₂-Reinigung erfolgt unter Einsatz ionisierter Luft, die über eine Ionisierungseinrichtung erzeugt wird, um eine statische Aufladung der Bauteiloberfläche zu reduzieren. Über einen in der Vorbehandlungszelle ausgebildeten Luftstrom (bzw. Luftströmung), der über eine geeignete Luftführung in Verbindung mit Luftstrom erzeugenden Mitteln (wie beispielsweise Luft-Ansaugvorrichtungen) bereitgestellt wird, können die gelösten Verunreinigungen abtransportiert und vorzugsweise an bereitgestellten Filtern abgeschieden werden (S6).
Nach der Reinigung erfolgt eine Überprüfung der Reinigungswirkung (S7). Nur wenn ein maximaler vorgegebener Verunreinigungsgrad nicht überschritten wird, erfolgt eine Weiterführung des Vorbehandlungsverfahrens in Form einer Freigabe, andernfalls wird eine Sperrung des jeweils betroffenen Bauteils für die nachfolgenden Vorgänge bzw. Prozesse vorgenommen.
Nach vorgenommener Reinigung erfolgt eine Überprüfung der Bauteil-Lage durch eine Lageerkennungsvorrichtung in Form eines Kamerasystems, welches die Bauteil-Lage optisch erfasst (S8). Durch eine an das Kamerasystem gekoppelte Bildverarbeitungsvorrichtung wird die bereitgestellte Information über die Ist-Lage bzw. Ist-Position des Bauteils in für die Anpassung bzw. Korrektur eines Beflammungsbahnprogramms erforderliche Daten umgesetzt. Ein Abweichung von einer vorgegebenen Soll-Lage kann sich hierbei insbesondere durch die CO₂-Reinigung und die prozessbedingten Drücke ergeben haben.
Anschließend erfolgt die Beflammung der Bauteiloberfläche innerhalb derselben Vorbehandlungszelle mittels eines Roboters, an dessen Roboterarm eine Beflammungsvorrichtung angebracht ist, wobei die Bewegung des Roboterarms gemäß dem gegebenenfalls angepassten bzw. korrigierten Beflammungsbahnprogramm über eine Steuervorrichtung gesteuert wird (S9). Hierbei werden gesteuert sämtliche zu behandelnden Zonen des Bauteils mit einer oxydierenden Flamme behandelt. Nach erfolgter Beflammung erfolgt eine Abkühlung der Bauteile (S10) und eine sich hieran anschließende Ionisation der Bauteiloberfläche mittels ionisierter Luftströmung (S11). Hieran schließt sich der Transport der Bauteile mittels der Warenträger in den Lackierprozess an (S12).
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Vorbehandlung von zu lackierenden polymeren Oberflächen von Bauteilen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfasst eine Vorbehandlungszelle in Form einer Vorbehandlungskabine 12 und eine außerhalb der Vorbehandlungskabine 12 angeordnete Infrarot-Strahlvorrichtung 14. Innerhalb der Vorbehandlungskabine 12 ist eine Reinigungsvorrichtung 16 in Form einer CO₂-Schnee-Strahlvorrichtung angeordnet, die an einem Roboterarm eines ersten Roboters angebracht ist (nicht näher dargestellt). Ferner ist in der Vorbehandlungskabine 12 eine Beflammungsvorrichtung 18 angeordnet, die an einem Roboterarm eines zweiten Roboters angebracht ist (nicht näher dargestellt).
Das zu reinigende und zu beflammende Bauteil 20 wird über einen Warenträger (nicht näher dargestellt) einer Fördereinrichtung 22 zunächst der Infrarot-Strahlvorrichtung 14 zugeführt, um die erfindungsgemäße, der Reinigung vorgeschaltete Erwärmung der Bauteiloberfläche vorzunehmen. Anschließend erfolgt der Transport des Bauteils 20 über den Warenträger in die Vorbehandlungskabine 12 und zu der Reinigungsvorrichtung 16, um die oben beschriebene CO₂-Schneestrahl-Reinigung der zu lackierenden Bauteiloberfläche vorzunehmen. Hieran schließt sich die Lageerkennung des Bauteils über eine Vorrichtung zur Lageerkennung 24 an, die in Form eines Kamerasystems ausgebildet ist, um gegebenenfalls Abweichungen von einer vorgegebenen Soll-Lage zu ermitteln, die zur Anpassung des zur Ansteuerung des Roboterarms vorgesehenen Beflammungsbahnprogramms verwendet werden. Nach der Lageerkennung erfolgt der über den Warenträger vorgenommene Transport des Bauteils 20 zu der Beflammungsvorrichtung 18. Nach der Beflammungsbehandlung wird das Bauteil 20 über den Warenträger dem Lackierprozess zugeführt, wobei 2 schematisch ferner eine Abdunstzone 26 einer Lackieranlage darstellt, in der die Lackierung der Bauteiloberfläche vorgenommen wird.

Claims

Verfahren zur Vorbehandlung von zu lackierenden polymeren Oberflächen von Bauteilen (20), bei dem wenigstens eine polymere Oberfläche wenigstens eines Bauteils (20) innerhalb einer Vorbehandlungszelle (12) gereinigt und anschließend mit einer oxydierenden Flamme behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Reinigung der polymeren Oberfläche als auch die Behandlung der polymeren Oberfläche mit einer oxydierenden Flamme innerhalb derselben Vorbehandlungszelle (12) vorgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (20) vor der Reinigung erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (20) auf eine Temperatur im Bereich von 30°C bis 80°C erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (20) durch Bestrahlung mit Infrarotstrahlung erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Reinigung von der polymeren Oberfläche abgetragene Verunreinigungen durch einen in der Vorbehandlungszelle ausgebildeten Luftstrom abtransportiert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die polymere Oberfläche mittels eines Kohlendioxid-Reinigungsverfahrens gereinigt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid-Reinigungsverfahren ein Kohlendioxidschnee-Strahlverfahren ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zerstäuben von Kohlendioxidschnee vorgesehene Luft mittels einer Ionisierungseinrichtung ionisiert wird, um eine statische Aufladung der polymeren Oberfläche zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid-Reinigungsverfahren ein Kohlendioxidpellet-Reinigungsverfahren ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Reinigung der polymeren Oberfläche die polymere Oberfläche zur Ermittlung eines Verunreinigungsgrads auf Rest-Verunreinigungen untersucht wird und die Behandlung der Oberfläche mit einer oxydierenden Flamme nur vorgenommen wird, wenn der ermittelte Verunreinigungsgrad unterhalb eines maximalen vorgegebenen Verunreinigungsgrads liegt.
Vorrichtung (10) zur Vorbehandlung von zu lackierenden polymeren Oberflächen von Bauteilen, mit einer Vorbehandlungszelle (12), innerhalb derer sowohl wenigstens eine Reinigungsvorrichtung (16) als auch wenigstens eine Beflammungsvorrichtung (18) angeordnet sind, wobei die Reinigungsvorrichtung (16) für eine Reinigung wenigstens einer polymeren Oberfläche wenigstens eines Bauteils (20) innerhalb der Vorbehandlungszelle (12) vorgesehen ist und wobei die Beflammungsvorrichtung (18) nach Reinigung der polymeren Oberfläche für deren Behandlung mit einer oxydierenden Flamme innerhalb der Vorbehandlungszelle (12) vorgesehen ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Erwärmungsvorrichtung zur Erwärmung des Bauteils (20) aufweist, um das Bauteil (20) vor der Reinigung der polymeren Oberfläche zu erwärmen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungsvorrichtung eine Infrarot-Strahlvorrichtung (14) ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Vorbehandlungszelle (12) wenigstens eine Positioniervorrichtung angeordnet ist, an der die Reinigungsvorrichtung (16) oder die Beflammungsvorrichtung (18) angebracht ist, und die dazu ausgebildet ist, die Reinigungsvorrichtung (16) oder die Beflammungsvorrichtung (18) in einer vorgegebenen Position in Umgebung der polymeren Oberfläche des Bauteils (20) anzuordnen.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Vorbehandlungszelle (12) wenigstens eine Positioniervorrichtung angeordnet ist, an der sowohl die Reinigungsvorrichtung (16) als auch die Beflammungsvorrichtung (18) angebracht sind, und die dazu ausgebildet ist, die Reinigungsvorrichtung (16) und die Beflammungsvorrichtung (18) in einer vorgegebenen Position in Umgebung der polymeren Oberfläche des Bauteils (20) anzuordnen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 14 oder 15, wobei ferner eine Steuerungsvorrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, die Positioniervorrichtung gemäß einem vorgegebenen Reinigungsbahnprogramm zur Reinigung der polymeren Oberfläche des Bauteils (20) anzusteuern, und die ferner dazu ausgebildet ist, die Positioniervorrichtung gemäß einem vorgegebenen Beflammungsbahnprogramm zur Behandlung der polymeren Oberfläche mit einer oxydierenden Flamme anzusteuern.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Lageerkennung (24) des Bauteils vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, die Lage des Bauteils zu erfassen, um das Reinigungsbahnprogramm und/oder das Beflammungsbahnprogramm an die erfasste Lage anzupassen.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Lageerkennung (24) eine optische Erfassungsvorrichtung ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung ein Hubgerät ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung ein Roboter ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (16) eine Kohlendioxidschnee-Strahlvorrichtung ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (16) eine Kohlendioxid-Pellet-Reinigungsvorrichtung ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich in der Vorbehandlungszelle (12) erstreckende Fördereinrichtung (22) vorgesehen ist, an der wenigstens ein Warenträger zum Transport des Bauteils (20) angebracht ist, wobei die Fördereinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, den Warenträger kontinuierlich oder getaktet zu transportieren.