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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung
auf einen Kantenbereich eines Bauteils nach dem Oberbegriff von
Patentanspruch 1.
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Bauteilkanten,
insbesondere bei Karosserie- und Außenbeplankungsbauteilen
von Kraftfahrzeugen sind besonders korrosionsgefährdete
Bereiche. Zum einen sind in derartigen Bereichen oft unzureichende
Lackierungsergebnisse beim Tauchlackieren von Bauteilen zu beobachten,
wodurch diese Kantenbereiche bereits bei der Herstellung der entsprechenden
Bauteile einen schlechteren Korrosionsschutz erhalten als flächige
Bereiche der Bauteile. Zum anderen unterliegen insbesondere auf
den Fahrzeugboden hin gerichtete Kantenbereiche besonders hohen
Beanspruchungen durch Spritzwasser, Steinschlag und dergleichen.
Derartige Bauteilkanten benötigen daher besondere Korrosionsschutzmaßnahmen.
Ein solcher Korrosionsschutz kann beispielsweise durch Aufbringen
aufsteckbarer Kantenschutzelemente gewährleistet werden.
Solche sind aus ästhetischen Gründen jedoch nicht
immer erwünscht. Weiterhin ist es möglich, einen
Korrosionsschutz durch Auftragen einer korrosionshemmenden Beschichtung
zu erzielen. Derartige Beschichtungen wurden bislang oft aufwendig
mittels Bürsten aufgebracht. Insbesondere an Außenbeplankungselementen
von Kraftfahrzeugen ist beim Aufbringen solcher Beschichtungen zusätzlich
zu beachten, dass die beschichteten Zonen in einem einsehbaren Bereich
des Kraftwagens angeordnet sind. Im Sinne einer ästhetischen
Ausgestaltung des Kraftwagens ist es daher nötig, solche
Beschichtungen möglichst unauffällig, dass heißt
im Wesentlichen mit gleichmäßiger Dicke aufzubringen.
Hierzu ist das Aufbürsten schlecht geeignet, da dabei oft
eine starke Dickenvariation der Beschichtung auftritt.
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Die
DE 38 30 758 C2 offenbart
eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung auf einen Kantenabschnitt
einer Platte, bei welcher das Beschichtungsmaterial über
eine U-förmige Düse auf den Kantenabschnitt aufgebracht
wird. Die Vorrichtung ist zum manuellen Beschichten derartiger Kantenabschnitte
gedacht und umfasst einen Handgriff mit einer Führungsfläche,
die den Handgriff gleitend entlang des Kantenabschnittes führt.
Eine derartige manuelle Beschichtung von Kantenbereichen ist in der
Serienfertigung von Kraftwagen jedoch unerwünscht, da sie
zeit- und kostenaufwendig ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Aufbringen einer Beschichtung auf einen Kantenbereich eines Bauteils
bereitzustellen, welche ein kostengünstiges automatisiertes
Beschichten dieses Kantenbereichs ermöglicht, wobei gleichzeitig
eine möglichst gleichmäßige Beschichtungsdicke
erzielt werden soll.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Eine
derartige Vorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung auf einen
Kantenbereich eines Bauteils weist eine Applikationsdüse
mit einem U-förmigen Endbereich auf, in welchem ein Austrittsspalt für
ein Beschichtungsmaterial vorgesehen ist. Der U-förmige
Endbereich ist dabei derart gestaltet, dass er den zu beschichteten
Kantenbereich umgreifen kann. Erfindungsgemäß ist
nun vorgesehen, dass der U-förmige Endbereich selbst als
Führungselement zum Führen der Vorrichtung entlang
des Kantenbereichs ausgebildet ist. Die Notwendigkeit separater
Führungselemente entfällt somit, die Positionierung
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durch einen
Industrieroboter in ihrer Arbeitsstellung ist somit wesentlich erleichtert,
weshalb mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
die Beschichtung eines Kantenbereiches schneller, kostengünstiger
und effizienter durchgeführt werden kann. Durch das Wegfallen
eines separaten Führungselementes wird des Weiteren das
Beschichten schlecht zugänglicher Kantenbereiche weiter
erleichtert, da kein Raum für das Anlegen des Führungselementes
benötigt wird. Zudem entfällt der Nachteil, dass
separate Führungselemnte Kratz- oder Schleifspuren hinterlassen
können.
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Die
Applikationsdüse ist dabei bevorzugt so ausgebildet, dass
der Austrittsspalt über zumindest zwei Schenkel des U-förmigen
Endbereichs verläuft. Läuft der Spalt über
genau zwei Schenkel, so dient der dritte Schenkel des U-förmigen
Endbereiches als Modellierungsbereich, welcher auf der entsprechenden
Seite des Kantenbereiches aus dem Austrittsspalt austretendes Beschichtungsmaterial
verstreicht. Bei einer Ausführung mit einem sich über drei
Schenkel des U-förmigen Bereiches erstreckenden Austrittsspalt
wird das Beschichtungsmaterial gleichmäßig von
allen Seiten dem Kantenbereich zugeführt und von dem den
Austrittsspalt umgebenden Abschnitt der Applikationsdüse
mit gleichmäßiger Dicke verstrichen. So ist ein
besonders homogener Auftrag des Beschichtungsmaterials möglich.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein
Endbereich des Austrittsspaltes eine gegenüber einer Breite
des Austrittsspaltes verbreiterte Austrittsöffnung umfasst.
Damit wird die Gleichmäßigkeit des Beschichtungsmittelauftrages
weiter verbessert. Durch die doch erhebliche Längenerstreckung
des Austrittsspaltes sinkt nämlich in Strömungsrichtung
des Beschichtungsmittels betrachtet entlang des Austrittsspaltes
der Druck des zugeführten Beschichtungsmittels. Aus dem Endbereich
des Austrittsspaltes würde, bei gleichmäßigem
Durchmesser des Austrittsspaltes, daher weniger Material austreten.
Durch das Vorsehen eines verbreiterten Austrittsbereiches im Endbereich
des Austrittsspaltes wird diese Inhomogenität korrigiert, wodurch
ein besonders gleichmäßiger Beschichtungsmittelauftrag
möglich wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist der Austrittsspalt derart
angeordnet, dass er einen Winkel mit einer Symmetrieachse der Austrittsdüse
einschließt. Der Austrittsspalt ist dabei insbesondere
in der Richtung, in der sich die Applikationsdüse entlang
des Kantenbereiches bewegen kann, geneigt. Das Beschichtungsmittel
tritt also in Bewegungsrichtung der Applikationsdüse gesehen
näher in Richtung auf deren Hinterkante zu aus, so dass
die in der Regel scharfkantige Düsenöffnung nicht
die Kante schädigen kann. Der hintere Bereich der Applikationsdüse
kann trotzdem das bereits ausgetretene Beschichtungsmittel entlang
des Kantenbereiches verstreichen kann, um so besonders glatte Beschichtungen
zu erzielen.
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Die
Vorrichtung kann in weiterer Ausgestaltung darüber hinaus
eine Dosiervorrichtung zum dosierten Zuführen von Beschichtungsmaterial
zu der Applikationsdüse, sowie ein Verbindungselement zum
Verbinden der Vorrichtung mit einem Industrieroboter umfassen. Dadurch
wird der Einsatz einer derartigen Vorrichtung in einem vollständig
automatisierten Beschichtungsprozess weiter erleichtert.
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Weiterhin
kann ein Messsystem, insbesondere ein optisches Messsystem, vorgesehen
sein, mit dem die Raumlage der zu beschichtenden Kantenbereiche
des Bauteils ermittelt wird. Aus den Messdaten wird in einem Steuersystem
eine räumliche Roboter-Bewegungsbahn berechnet, entlang
der die Applikationsdüse der erfindungsgemäßen
Vorrichtung bewegt werden muss, um die gewünschte Beschichtung
der Kantenbereiche zu erreichen. In diesem Fall wird die Applikationsdüse
also nicht (oder nur abschnittsweise) zur Führung der Beschichtungsvorrichtung
verwendet, sondern die Bahnsteuerung der Applikationsdüse
erfolgt vielmehr basierend auf den vom Messsystem erfassten Messdaten.
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Im
Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen
anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei
zeigen:
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1A bis
C Schnittdarstellungen durch Kantenbereiche verschiedener Bauteile
mit entsprechenden Beschichtungen
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2 eine
perspektivische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung
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3 ein
Ausführungsbeispiel einer Applikationsdüse zum
Aufbringen von Beschichtungen auf Kantenbereiche eines Bauteils
mit einem über drei Schenkel des U-förmigen Endbereichs
der Düse des verlaufenden Austrittsspalt
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4 ein
Ausführungsbeispiel einer Applikationsdüse mit
einem über zwei Schenkel eines U-förmigen Endbereichs
verlaufenden Austrittsspalt
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5 ein
Querschnitt durch die in 4 gezeigte Applikationsdüse
(der Linie VV) und
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6 ein
Querschnitt durch die in 4 gezeigte Applikationsdüse
entlang der Linie VI-VI.
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1A zeigt
zunächst ein unbeschichtetes Blechbauteil 10 mit
einem Kantenbereich 12. Insbesondere bei leicht aufgebogenen
Kanten wie hier dargestellt, stellen die spitzen Ecken 14 besondere
Anforderungen an die Korrosionsschutzbeschichtung. Insbesondere
bei der kathodischen Tauchlackierung tritt in solchen Bereichen
die so genannte Kantenflucht auf, die Beschichtungsqualität
entspricht in derartigen Bereichen also nicht dem gewünschten Standard.
Um einen verbesserten Korrosionsschutz in derartigen Bereichen bereitzustellen
werden solche Kantenbereiche 12, wie in 1B gezeigt,
mit einer zusätzlichen Schutzbeschichtung 16 umgeben. Die
Beschichtung 16 umgreift dabei den Kantenbereich 12 an
drei Seiten, nämlich der Oberseite 18, der Unterseite 20 und
der Stirnseite 22 des Blechbauteils 10.
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Insbesondere
in sichtbaren Bereichen des Kraftfahrzeugs ist es dabei nötig,
derartige Beschichtungen 16 besonders gleichmäßig
auszuführen, um ein ästhetisch entsprechendes Äußeres
des Kraftwagens zu gewährleisten.
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1C zeigt
eine weitere Anwendung derartiger Beschichtungen, nämlich
bei umgefalzten Blechen. Ein glattes Blech 10 ist hier
in seinem Kantenbereich 12 durch ein umgefalztes weiteres
Blech 24 umgeben. Eine zusätzliche Verbindung
der Bleche 10 und 24 wird dabei durch eine Beschichtung 16 in Form
einer Klebstoffschicht gewährleistet. Auch hier ist ein
möglichst gleichmäßiger und wohl dosierter Auftrag
des Beschichtungsmaterials notwendig, um ein Ausquetschen der Klebstoffschicht 16 aus
dem umfalzten Bereich zu verhindern.
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Kantenbeschichtungen
wie in den 1B und 1C dargestellt
wurden bislang vorwiegend manuell entweder durch Bürsten
oder durch Hakendüsen aufgebracht. Eine erfindungsgemäße
Vorrichtung ermöglicht nun ein automatisiertes Auftragen
solcher Kantenbeschichtungen. Ein Ausführungsbeispiel einer
derartigen Vorrichtung, welche im Ganzen mit 26 bezeichnet
ist, ist in einer perspektivischen Ansicht in 2 gezeigt.
Die eigentliche Applikation der Kantenbeschichtung erfolgt über
eine Applikationsdüse 28, welche einen U-förmigen
Endbereich 30 aufweist. Der U-förmige Endbereich 30 dient
dabei gleichzeitig als Führungselement, welches die Applikationsdüse 28 entlang
der zu beschichtenden Kante führt. Das Beschichtungsmaterial
wird über eine Leitung 32 zur Applikationsdüse 28 zugeführt.
Die Leitung 32 verbindet die Applikationsdüse 28 mit
einer Ventileinheit 34, welche über eine weitere
Leitung 36 mit einer Pump- und Dosiereinheit verbunden
ist, welche für einen gleichförmigen Nachschub
an Beschichtungsmaterial sorgt, das der Vorrichtung aus einem Vorratsbehälter
zugeführt wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
wird die Führung der Applikationsdüse 28 entlang
einer Kante des zu beschichtenden Bauteils durch einen Verschiebetisch 38 gewährleistet.
Dieser verfügt über zwei Pneumatikzylinder 40 und 42,
welche eine definierte Position der Applikationsdüse gegenüber
der zu beschichtenden Werkstückkante in zwei Raumrichtungen
ermöglichen. In der dritten Raumrichtung kann das Werkstück
durch eine beliebig geartete Fördereinrichtung an der Applikationsdüse 28 vorbeigezogen
werden. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf
das gezeigte Ausführungsbeispiel, es ist beispielsweise auch
möglich die Applikationsdüse 28 mit einem
Industrieroboter zu kombinieren, welcher eine freie Positionierung
der Applikationsdüse mit den üblichen sechs Translations-
und Rotationsfreiheitsgraden erlaubt. Dann wird keine Fördereinrichtung
für das Werkstück benötigt, sondern der
Roboter sorgt für die Führung des Extrusionswerkzeuges
entlang des Werkstücks.
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3 zeigt
einen schematischen Längsschnitt durch eine Applikationsdüse 28.
Die Zufuhr des Beschichtungsmaterials erfolgt dabei durch einen
inneren Hohlraum 44 der Düse, welche über
einen Schaft 46 und einen U-förmigen Endbereich 48 verfügt.
Der U-förmige Endbereich 48 ist wiederum in drei
Schenkel 50, 52, 54 aufgeteilt. Im gezeigten
Beispiel verfügt die Applikationsdüse 28 über
einen Austrittsspalt 56, welcher sich auf der Innenseite
der Applikationsdüse 28 über die drei
Schenkel 50, 52, 54 erstreckt.
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4 zeigt
einen Längsschnitt durch eine alternativ ausgeführte
Applikationsdüse 28'. Der U-förmige Endbereich 48 der
Applikationsdüse 28' weist dabei einen verkürzten
dritten Schenkel 58 auf. Der Austrittsspalt 56 erstreckt
sich lediglich über den ersten Schenkel 50 und
den zweiten Schenkel 52. Der dritte Schenkel 58 weist
keinen solchen Austrittsspalt auf sondern ist vielmehr als Modellierungselement zum
Verstreichen austretenden Beschichtungsmaterial ausgebildet.
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Die
Applikationsdüse 28' ist dabei bilateralsymmetrisch
bezüglich der Papierebene in 4 ausgebildet. 5 zeigt
einen Schnitt durch die Applikationsdüse 28' entlang
der Linie V-V. Die Symmetrieachse 60 in 5 entspricht
dabei der Papierebene in 4. Wie zu erkennen ist, ist
der Austrittsspalt 56 leicht versetzt zur Symmetrieebene 60 angeordnet.
In seinem oberen Endbereich 62 weist der Austrittsspalt 56 eine
Austrittsöffnung 64 auf, welche gegenüber
dem Austrittsspalt 56 erweitert ist. Da durch das Ausströmen
aus den in Strömungsrichtung des Beschichtungsmaterials
vorderen Bereichen des Austrittsspaltes 56 im Bereich des
zweiten und dritten Schenkels 52, 58 der Druck
des nachströmenden Beschichtungsmaterials nachlässt,
wird durch diese erweiterte Austrittsöffnung 64 eine
gleichmäßige Beaufschlagung des zu beschichtenden
Kantenbereiches mit Beschichtungsmaterial gewährleistet.
Weiterhin ist eine derartige Erweiterung gerade im in 4 gezeigten
Ausführungsbeispiel einer Applikationsdüse 28' von
besonderer Bedeutung, da für den dritten Schenkel 58 des
U-förmigen Endbereichs 48 der Applikationsdüse 28' kein
eigener Austrittsspalt zur Verfügung steht. Das in diesem
Bereich zu verteilende Beschichtungsmaterial muss also vollständig über
die erweiterte Austrittsöffnung 64 bereitgestellt werden.
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6 zeigt
schließlich einen Schnitt durch die in 4 gezeigte
Applikationsdüse 28' entlang der Linie VI-VI.
Die Achse 60 entspricht wiederum der Symmetrieebene der
in 4 gezeigten Applikationsdüse 28'.
Es ist dabei zu erkennen, dass der Austrittsspalt 56 bezüglich
der gesamten Applikationsdüse 28' asymmetrisch
angeordnet ist und einen Winkel α mit der Symmetrieebene 60 einschließt.
Insbesondere ist dabei der Austrittsspalt 56 in Bewegungsrichtung
der Applikationsdüse nach hinten geneigt. Insbesondere
bei der Verwendung der Düse als eigenes Führungselement,
also bei Verzicht auf zusätzliche Führungselemente,
ist eine derartige Anordnung des Austrittsspaltes 56 besonders
vorteilhaft. Da die Applikationsdüse 28, 28' das
Beschichtungsmaterial nicht nur auf den Kantenbereich des zu beschichtenden
Bauteils aufträgt, sondern es, wie geschildert, gleichzeitig
auch modelliert, ist kein separater Abstreifer nötig.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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