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Die
Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage zum Beschichten von
Oberflächen
von Werkstücken,
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Zur
Oberflächenbeschichtung
und -bearbeitung von Kleinteilen werden verstärkt Lackier- und Laserprozesse
eingesetzt. Das bietet die Möglichkeit,
mit kostengünstigen
Grundmaterialien sehr hochwertige Produkte herzustellen. Weiterhin
können
damit vollkommen neue Oberflächengestaltungstechnologien
schnell umgesetzt werden. Durch die Kombination unterschiedlicher
Beschichtungs- und Beschriftungsprozesse kann schnell eine große Produktvielfalt
entwickelt und kostengünstig
hergestellt werden. Dies betrifft viele Produkte z. B. der Automobilzulieferer,
der Elektro-, Pharma-, Medizin- und Kosmetikbranche.
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Neben
der Verkürzung
der Produktentwicklungszeiten und der kürzer werdenden Produktlebenszyklen
treten mehr Variationen innerhalb einer Produktfamilie auf. Die
Stückzahlentwicklungen
gestalten sich damit für
den Zulieferer weniger vorhersehbar.
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Da
die Anforderungen an die Qualität
der Oberflächen
ständig
steigen, spielt das Problem der Verschmutzung der Oberflächen während des
Herstellungsprozesses eine immer größere Rolle. Die Prozesse der
Oberflächenbeschichtung
bestehen aus einer Kombination mehrer Teilprozesse, z. B. ein- oder
mehrfaches Lackieren und ein- oder mehrfaches Trocknen. Während dieser
Beschichtungsprozesse, der Zwischentransporte und der Zwischenlagerung
sind Staubablagerungen auf den Bauteilen selbst unter günstigsten
räumlichen
Voraussetzungen nicht zu vermeiden. Bei kritischen Teilen entstehen
dadurch Ausschussraten bis über
30%. Damit entstehen neben betriebswirtschaftlichen Belastungen
auch zusätzliche
Anforderungen an das Recycling der Ausschussteile.
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Insbesondere
für kleine
und mittlere Stückzahlen
ist die Entwicklung einer speziellen Lackieranlage, mit welcher
ein weitestgehender Staubschutz gewährleistet sein würde, zu
kosten- und zeitaufwändig.
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Bisher
werden zur Automatisierung von Lackierprozessen Insellösungen angeboten
und verwendet. So bieten z. B. viele Spritzgussmaschinenhersteller
Handlingsysteme zur Entnahme von Teilen an. Die Lackierung von Kleinteilen
wird oft mit Hilfe von Lackierrobotern realisiert. Hier wird die
Lackiervorrichtung, insbesondere die Spritzpistole, über das feststehende
Werkstück
bewegt. Für
größere Stückzahlen
werden Lackieranlagen verwendet.
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Aus
der
DE 10 2005
050 877 B3 ist eine derartige Insellösung bekannt, die nicht erweiterbar
ist und bei der nur eine begrenzte Anzahl von Arbeitsschritten möglich ist,
da die Arbeitsstationen quasi im Kreis um den Roboterarm herum angeordnet
sind. Bei der
DE
10 2006 022 335 A1 werden die Werkstücke über Schlitten in die Arbeitsstationen
bewegt und der Farbauftrag erfolgt über bewegte Sprühdüsen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtungsanlage bereit
zu stellen, mit der auch in Kleinserien hergestellte Werkstücke wirtschaftlich
inline, d. h. in den Produktionsbetrieb integriert, beschichtet
werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer
Beschichtungsanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
die Beschichtungszellen, die Beschriftungsstation und Lackierstation
in einer ersten Reihe, dass die Roboterarme in einer zweiten Reihe
und dass die Trockenstationen in einer dritten Reihe angeordnet
sind, und dass die drei Reihen parallel nebeneinander liegen und
dass die zweite Reihe zwischen der ersten und der dritten Reihe
angeordnet ist.
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Der
Vorteil der Erfindung besteht darin, den gesamten Prozess beginnend
bei der Entnahme oder Aufnahme der Werkstücke oder Kleinteile z. B. aus
einem Lager oder einer Spritzgussmaschine bis hin zum Verpacken
der fertig lackierten Teile durchgehend, vollautomatisch und staubgeschützt zu gestalten.
Um trotz vollautomatischer Lösung,
die für den
wirksamen Staubschutz erforderlich ist, ausreichend flexibel zu
bleiben, wird ein zentral angeordneter Roboterarm oder ein Robotersystem
benötigt,
mit dem das Werkstück
ergriffen, aktiv bewegt und dann wieder abgelegt wird. Der wesentliche
Vorteil der aktiven Bewegung des Werkstück durch den Roboterarm besteht
darin, dass bei feststehendem Beschichtungswerkzeug, z. B. bei einem
feststehenden Sprühkopf,
das Overspray definiert ist und auf ein Minimum reduziert werden
kann, da der zu beschichtende Abschnitt des Werkstücks genau
in den Beschichtungsstrahl gelenkt wird. Bei definiertem Overspray
kann dieser gezielt abgesaugt werden.
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Nachfolgend
wird als Beispiel einer Beschichtung ein Lackier- mit Trocknungsvorgang beschrieben,
dem ein Beschriftungsvorgang folgt. Die Lackier-, Trocknungs- und
Beschriftungsprozesse bestehen aus einer Vielzahl von Teilprozessen.
Die zu behandelnden Werkstücke
müssen
nacheinander jedem einzelnen Prozess zugeführt werden. Nach Abarbeitung
des Prozesses werden die Werkstücke dem
nächsten
Prozessschritt zugeführt.
Dies erfordert ein permanentes Handling der Werkstücke. Eine Möglichkeit
diese Handhabungsprozesse kurz und effektiv zu gestalten besteht
darin, die zu bearbeitenden Werkstücke auf einem Greifer oder
Werkstückträger anzuordnen.
Dieser dient als Träger
für alle Handhabungsaufgaben
und technologischen Prozesse. Auf diese Weise können gleichzeitig auch mehrere
Werkstücke
gefasst werden, so dass die Durchlaufzeit pro Werkstück verkürzt wird.
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Werden
mehrere Roboterarme verwendet, dann sind diese vorteilhaft zu einem
Robotersystem zusammengefasst und auf einer Traverse angeordnet.
Die Traverse des Robotersystems ist linear zentral zwischen den
Arbeitsstationen angeordnet. Auf dieser können sich mehrere getrennt
verfahrbare Roboterarme unabhängig
voneinander bewegen. Aufgabe dieser Roboterarme ist es, die Werkstückträger dem
jeweiligen Prozess zuzuführen
und alle notwendigen Bewegungen, die für die jeweiligen Prozesse erforderlich
sind, durchzuführen.
Im Teilprozess Lackieren bedeutet dies das Bewegen des Werkstückträgers vor
feststehender Lackiereinrichtung. Ebenso wird z. B. eine Laserbeschriftung
mit feststehendem Laser und mit vom Roboterarm bewegtem Werkstück oder
Träger
mit Werkstücken
ausgeführt.
Der das Werkstück
aktiv bewegende Roboterarm oder das Robotersystem ist die zentrale
Lösung
für alle
Vorgänge
beginnend bei der Zuführung
der unlackierten Werkstücke
bzw. der Entnahme dieser Werkstücke aus
der Spritzgussmaschine bis zum Verpacken bzw. Ablegen der fertigen
Werkstücke.
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Die
zu behandelnden Werkstücke
werden bei einer Variante auf einem Träger angeordnet. Mit diesem
Träger
erfolgen alle weiteren Handhabungsschritte bzw. technologischen
Prozesse. Der Träger ist
vorteilhaft für
sehr unterschiedliche Anforderungen (Lackieren, Trocknen mit UV
bzw. Infrarot, Laserbeschriftung) ausgelegt und fixiert die Werkstücke stabil
und sicher.
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Um
das Gesamtsystem ausreichend flexibel zu gestalten, werden die einzelnen
Teilprozesse, wie Lackieren, Trocknen, Laserbeschriften, in Standardmodulen
durchgeführt.
Diese Modullösung
bietet Vorteile bei Verfahrensänderungen
bzw. Verfahrenserweiterungen. Sind die Traversen des Robotersystems
oberhalb dieser Module angeordnet, erfolgt die Beschickung der Prozesszellen
oder Module von oben. Da eine zentrale Frage des Systems der Staubschutz
ist, werden die Zellen so ausgelegt, dass ein Eindringen von Staub
sowohl bei Transportvorgängen
als auch bei prozesstechnischen Vorgängen ausgeschlossen wird. Dies
wird über
einen Strömungsvorhang
erreicht, der alle Zellenöffnungen
verschließt.
Gleichzeitig müssen
diese Zellen auch genügend
Bewegungsfreiheit für
die Roboterarme ermöglichen,
da diese die für
den technologischen Prozess erforderlichen Bewegungen mit dem Träger durchführen. Der
Strömungsvorhang
wirkt sich hier als nicht hinderlich aus.
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Durch
die feststehenden Sprühköpfe bei
bewegten Werkstücken
sind die Lackierprozesse auf dieses Verfahren exakt angepasst. Mit
genau sprühenden
Lackiervorrichtungen und optimierten Bewegungsabläufen soll
das Overspray in sehr geringen Grenzen gehalten werden. Die technologischen
Prozesse sind mit den Taktzeiten des Gesamtsystems abgestimmt. Hierdurch
wird der Lackverlust auf ein Minimum begrenzt, was Kostenvorteile
mit sich bringt und die Umwelt schont.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie
der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten
sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Eigenschaften jeweils
einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination möglich sein.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage
mit diversen Modulen und mehreren Roboterarmen;
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2 eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage
mit an einer Traverse vorgesehenen Roboterarmen; und
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3 eine
perspektivische Darstellung der in 2 dargestellten
Ausführungsform.
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In
der 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 eine Beschichtungsanlage
dargestellt, bei der eine Spritzgussmaschine 12 einen Werkstückaufnahmebereich 14 bildet.
In diesem Werkstückaufnahmebereich 14 werden
die Werkstücke
oder Werkstückhalter 76 (2)
von einem Roboterarm 16 ergriffen und einer Vorbehandlungsstation 18 zugeführt. Der Roboterarm 16 ist
auf einer Traverse 20 verfahrbar geführt, so dass er sowohl in die
Arbeitsbereiche der Spritzgussmaschine 12 als auch der
Vorbehandlungsstation 18 gelangen kann.
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Die
Vorbehandlungsstation 18 kann zum Beispiel eine Flammvorrichtung 22,
eine Infrarot-Vorbehandlungsstation 24, eine Ionisierungsstation (nicht
dargestellt) oder dergleichen aufweisen, um das Werkstück für eine anschließende Beschichtung vorzubereiten.
Selbstverständlich
kann auch eine Entgratstation oder eine andere mechanische Bearbeitungseinrichtungen
vorgesehen sein. An die Vorbehandlungsstation 18 schließt sich
eine erste Beschichtungszelle 26 an, welcher eine zweite
Beschichtungszelle 28 folgt. Auf diese Weise können zwei
unterschiedliche Beschichtungslagen übereinander auf das Werkstück aufgebracht
werden. Dabei wird das Werkstück
von einem zweiten Roboterarm 30 im Handshake-Verfahren
dem ersten Roboterarm 16 entnommen, der Vorbehandlungsstation 18 zugeführt, anschließend der
ersten Beschichtungszelle 26 zugeführt und danach in einer Trocknerstation 32 abgelegt.
Die Vorbehandlungsstation 18, erste Beschichtungszelle 26 und
erste Trocknerstation 32 befinden sich im Arbeitsbereich
des Roboterarms 30. Der Abstand dieser Stationen zum Roboterarm 30 ist jedoch
groß genug,
zum Beispiel 1 m, um der Anforderung für eine Ex-Schutz-Zone zu genügen. Der
Roboterarm 30 ist so ausgebildet, dass er das Werkstück nach
der Übernahme
vom Roboterarm 16 in der Vorbehandlungsstation 18 und
in der ersten Beschichtungszelle 26 aktiv so im Raum bewegen
kann, dass sowohl in der Vorbehandlungsstation 18 als auch
in der ersten Beschichtungszelle 26 keine beweglichen Werkzeuge,
insbesondere keine beweglichen Sprühköpfe vorhanden sein müssen. Außerdem kann
mit dem Roboterarm 16 beziehungsweise 30 jeweils
ein einzelnes Werkstück
oder es können mehrere
Werkstücke
gleichzeitig ergriffen werden. Auch können Werkstückträger 76 gegriffen werden, in
welchen ein oder mehrere Werkstücke
angeordnet sind.
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In 1 ist
erkennbar, dass neben dem Roboterarm 30 ein weiterer Roboterarm 34 vorgesehen ist,
in dessen Arbeitsbereich die Trocknerstation 32 sowie die
zweite Beschichtungszelle 28 liegt. Da der erste Roboterarm 30 das
Werkstück
in der Trocknerstation 32 abgelegt hat, fungiert diese
Trocknerstation 32 als Ablagestation 36. Nach
dem Beschichten in der zweiten Beschichtungszelle 28 legt
der Roboterarm 34 das Werkstück in einer zweiten Trocknerstation 38,
die ebenfalls als Ablagestation 40 dient, ab. Aus dieser
Ablagestation 40 ergreift ein dritter Roboterarm 42 das
Werkstück
und führt
dieses einer Beschriftungsstation 44 zu, zum Beispiel einer
Laserstation 46. Nach dem Beschriftungsvorgang kann der Roboterarm 42 das
beschriftete Werkzeug in einer Ausgabestation 48 ablegen
oder er legt das Werkstück
dort nur zwischen, bis es von einem weiteren Roboterarm 50 ergriffen
wird, so dass es einer weiteren Station, zum Beispiel einer Beschichtungsstation 52,
zugeführt
werden kann, in welcher das Werkstück mit einem Klarlack überzogen
wird. Im Anschluss hieran wird das Werkstück in einer Trocknerstation 54 getrocknet
und schließlich
in der Ausgabestation 48 abgelegt, in welcher das Werkstück einzeln
oder zusammen mit anderen Werkstücken
verpackt und ausgegeben wird. Vorteilhaft werden in der Beschriftungsstation 44 sowohl
das Werkstück
als auch das Beschriftungswerkzeug bewegt.
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Aus
den 1 und 2 ist deutlich erkennbar, dass
die Beschichtungszellen 26 und 28 sowie die Stationen 44, 46 und 52 in
einer ersten Reihe 56, die Roboterarme 30, 34, 42 und 50 in
einer zweiten Reihe 58 und die Trocknerstationen beziehungsweise
Ablagestationen 32, 38 und 54 beziehungsweise 36 und 40 sowie
die Ausgabestation 48 in einer dritten Reihe 60 angeordnet
sind, wobei die zweite Reihe 58 zwischen der ersten Reihe 56 und
dritten Reihe 60 liegt. Diese Anordnung erlaubt einen modularen Aufbau
aller Stationen und Roboterarme, so dass die Beschichtungsanlage 10 exakt
an die erforderlichen Prozesse, an die Prozessgeschwindigkeit und
an die Anzahl der Werkstücke
angepasst werden kann. Die einzelnen Stationen, Zellen und Roboterarme
befinden sich in einem geschlossenen Raum 62, welcher nicht
nur staubfrei, sondern auch klimatisiert ist, das heißt in welchem
eine gewünschte
Temperatur, Luftzusammensetzung sowie Feuchtigkeit herrscht, so dass
optimale Bedingungen für
die Beschichtungs- und Beschriftungsvorgänge herrschen. Der Raum 62 kann
auch unter Überdruck
stehen. Die einzelnen Zellen und Stationen sind modulartig ausgebildet
und besitzen eigene Anschlüsse 64 und 66,
zum Beispiel für
die Versorgung von Beschichtungsmaterialien, welche flüssig oder
fest sein können,
z. B. Lacke oder Pulver, für
die Versorgung mit Wasser und für
die Absaugung von Overspray, Luft und Dämpfen beziehungsweise für die Erzeugung
eines Unterdrucks innerhalb eines jeden Moduls, so dass keine Lackteilchen
die Zellen und Module verlassen können. Außerdem können die Beschichtungszellen 26 und 28, die
Beschriftungsstation 44 sowie die Beschichtungsstation 52 in
einem Wasserbad 68 stehen, wodurch vagabundierende Staubteilchen
gebunden werden.
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Auch
die Trocknerstationen 32, 38 und 54 sind
modulartig aufgebaut und mit einheitlichen, rasterartig angeordneten
Anschlüssen 70 und 72 zur Versorgung
und Entsorgung von Trocknungsmedien, wie Warmluft, versehen. In
diesen Stationen können aber
auch Infrarotstrahler, UV-Strahler oder andere Trocknungseinrichtungen
vorgesehen sein. Zur Versorgung, z. B. mit elektrischer Energie,
weisen die Module ebenfalls einheitliche, rasterartig angeordnete
Anschlüsse
auf.
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Anstelle
der Spritzgussmaschine 12 können die Werkstücke auch
von bereitgestellten Tabletts oder Werkstückträgern entnommen werden, falls
die Werkstücke
nicht vor Ort hergestellt werden.
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Die 2 zeigt
eine Beschichtungsanlage 10 mit einem ähnlichen Aufbau, wobei die
Roboterarme 30, 34 und 42 an einer Traverse 74 befestigt
sind, so dass sie in Richtung der zweiten Reihe 58 verfahrbar
sind. Die Traverse 74 ist so ausgestaltet, dass sie mit
mehr oder weniger Roboterarmen bestückt werden kann. Es ist auch
denkbar, dass nur ein einziger Roboterarm vorgesehen ist, der das
Werkstück durchgehend
führt.
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Wie
bereits erwähnt,
können
die Roboterarme anstelle von Werkstücken auch Werkstückhalter 76 greifen,
in welchen ein oder mehrere Werkstücke und sogar unterschiedliche
Werkstücke
angeordnet sind. Auf jeden Fall werden die Werkstücke oder Werkstückhalter 76 mittels
der Roboterarme aktiv zumindest innerhalb der einzelnen Zellen und
Stationen so bewegt, dass die Zellen und Stationen keine beweglichen
Werkzeuge aufweisen müssen.
Insbesondere wird das Werkstück
vor einer Spritzdüse
so bewegt, dass das Werkstück
vollständig
beschichtet wird, ohne dass es hierfür eine Bewegung der Werkzeuge
bedarf.
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Die 3 zeigt
eine beispielhafte räumliche Wiedergabe
der einzelnen Zellen und Stationen, wobei der modulartige Aufbau
deutlich erkennbar ist. Die Erweiterung der Beschichtungsanlage 10 kann durch
Hinzunahme weiterer Zellen oder Stationen und Verlängerung
des Raums 62 auf einfache Weise erfolgen.