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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Bearbeitung von Profilsträngen, insbesondere aus Kunststoff.
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Profilstränge, insbesondere extrudierte Kunststoff-Profilstränge, werden häufig, vorzugsweise unmittelbar nach ihrem Urformen, beschichtet, beispielsweise lackiert. Insbesondere, um eine Lackierqualität zu verbessern, kann es vorteilhaft sein, die Profilstränge zuvor plasmazubeaufschlagen.
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Nach betriebsinterner Praxis werden dazu Beschichtungs- und/oder Plasmadüsen manuell relativ zu den Profilsträngen ausgerichtet. Dies ist, insbesondere bei wechselnden Profilen, aufwändig. Zudem hängt die Beschichtungsqualität von der präzisen Positionierung der Düsen relativ zu den Profilsträngen ab.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Bearbeitung, insbesondere Plasmabeaufschlagung und/oder Beschichtung, von Profilsträngen, insbesondere aus Kunststoff, zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Bearbeitungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 9 stellt ein Verfahren zur Bearbeitung unterschiedlicher Profilstränge mittels einer solchen Bearbeitungsanlage unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Bearbeitungsanlage eine Roboteranordnung mit einem oder mehreren Robotern auf. Ein oder mehrere, insbesondere alle Roboter der Roboteranordnung können in einer bevorzugten Ausführung ein, zwei, drei oder mehr rotatorische und/oder translatorische Freiheitsgrade aufweisen. Insbesondere kann wenigstens ein Roboter der Roboteranordnung als, insbesondere drei-, vier- oder sechsachsiger, Knickarm- oder Portalroboter ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Roboter frei programmierbar.
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Roboter der Roboteranordnung sind zur Führung je einer Düsenanordnung eingerichtet. Eine durch einen Roboter geführte Düsenanordnung weist jeweils eine oder mehrere Plasmadüsen und/oder eine oder mehrere Beschichtungsdüsen auf.
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Unter einer Plasmadüse wird vorliegend insbesondere ein Werkzeug mit wenigstens einer Austrittsöffnung mit festem oder veränderlichem Austrittsquerschnitt verstanden, durch die ein Werkstück mit einem Plasma beaufschlagt werden kann. In einer bevorzugten Ausführung wird in der Plasmadüse ein, vorzugsweise gepulster, Lichtbogen erzeugt, ein Prozessgas, vorzugsweise Druckluft, das an dieser Entladungsstrecke vorbeiströmt, angeregt und in den Plasmazustand überführt. Dieses Plasma gelangt anschließend durch einen Düsenkopf auf die Oberfläche des zu behandelnden Materials.
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Unter einer Beschichtungsdüse wird vorliegend insbesondere ein Werkzeug mit wenigstens einer Austrittsöffnung mit fester oder veränderlichem Austrittsquerschnitt verstanden, durch die ein Werkstück mit einem Fluid beaufschlagt werden kann. Das Fluid kann insbesondere ein Klebemittel oder ein Farbmittel, insbesondere ein Lack, sein. In einer bevorzugten Weiterbildung wird das Fluid durch die Beschichtungsdüse zerstäubt, insbesondere kann eine Beschichtungsdüse als Sprühdüse ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist eine Düsenanordnung über eine oder mehrere Leitungen mit einer Energiequelle und/oder einem oder, insbesondere wahlweise verschiedenen, Reservoirs, insbesondere Prozessgas- und/oder Beschichtungsfluidreservoirs, verbunden bzw. verbindbar. In einer bevorzugten Weiterbildung sind eine oder mehrere Leitungen an dem Roboter befestigt, der die Düsenanordnung führt.
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Eine Steuerung positioniert eine oder mehrere robotergeführte Düsenanordnungen der Roboteranordnung variabel relativ zu einer Profilstrangachse. Unter einer variablen Positionierung wird insbesondere eine Anordnung in unterschiedlichen Lagen, insbesondere horizontalen und/oder vertikalen Abständen, und/oder in unterschiedlichen Orientierungen, insbesondere Winkeln, relativ zu einer Profilstrangachse verstanden, unter einer Profilstrangachse insbesondere eine Symmetrie- und/oder Längsachse eines Profilstrangs und/oder eine Symmetrie- und/oder Längsachse einer Förder- und/oder Herstell-, insbesondere Extrusionsrichtung.
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Durch die variable Positionierung einer oder mehrerer Düsenanordnungen kann vorteilhafterweise für unterschiedliche Profilstränge, insbesondere Profilstränge mit unterschiedlichem Profil, Material und/oder unterschiedlichen Abmessungen, eine optimale Position der Plasma- und/oder Beschichtungsdüse(n) dargestellt werden. Gleichermaßen können, insbesondere auch für den gleichen, insbesondere denselben, Profilstrang, unterschiedliche Düsenpositionen dargestellt werden, um beispielsweise Menge, Intensität und/oder Beaufschlagungsrichtung zu variieren. Durch die Roboterführung kann dies rasch, flexibel und mit hoher Präzision erfolgen.
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Zusätzlich oder alternativ zu der Positionierung kann die Steuerung eine oder mehrere robotergeführte Düsenanordnungen der Roboteranordnung auch variabel aktuieren, insbesondere (de)aktivieren.
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Die Steuerung kann zum Steuern von zwei oder mehreren, insbesondere allen Roboter und/oder Düsenanordnungen, eingerichtet sein. Gleichermaßen kann die Steuerung zwei oder mehr Teilsteuerungen, insbesondere Einzelrobotersteuerungen zum Steuern von je einem Roboter und vorzugsweise seiner Düsenanordnung aufweisen, die in einer bevorzugten Ausführung miteinander kommunizieren können, insbesondere, um eine Kollision zu verhindern.
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In einer bevorzugten Ausführung weist die Roboteranordnung einen oder mehrere, insbesondere wenigstens drei, Roboter mit je einer Düsenanordnung mit jeweils einer oder mehreren Plasmadüsen auf. Zusätzlich oder alternativ kann die Roboteranordnung einen oder mehrere, insbesondere wenigstens drei, Roboter mit je einer Düsenanordnung mit jeweils einer oder mehreren Beschichtungsdüse(n) aufweisen. In einer bevorzugten Ausführung sind der bzw. die Roboter mit Beschichtungsdüse(n) in einer Förderrichtung des Profilstranges stromabwärts von dem bzw. den Robotern mit Plasmadüse(n) angeordnet. Auf diese Weise kann der Profilstrang vordem Beschichten mit Plasma beaufschlagt werden, insbesondere um ihn zu reinigen, zu aktivieren und/oder zu funktionalisieren.
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Zwei Roboter mit je einer Düsenanordnung positionieren in einer bevorzugten Ausführung zwei Düsen einander gegenüberliegend auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Profilstranges. Zusätzlich oder alternativ können eine oder zwei Düsen demgegenüber um einen Winkel, der insbesondere wenigstens im Wesentlichen 90° oder 270° sein kann, gedreht sein, so dass ein Profilstrang von zwei einander gegenüberliegenden Seiten und/oder senkrecht hierzu beaufschlagt bzw. beschichtet werden kann.
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Eine robotergeführte Düsenanordnung kann zwei oder mehrere Plasmadüsen und/oder Beschichtungsdüsen aufweisen, die insbesondere durch Drehung wenigstens einer Achse, insbesondere einer werkzeugnächsten Achse, wahlweise auf den Profilstrang gerichtet werden können. Zusätzlich oder alternativ kann ein Magazin zwei oder mehrere Plasmadüsen und/oder Beschichtungsdüsen enthalten, wobei ein Roboter der Roboteranordnung wahlweise unterschiedliche Düsen aus dem Magazin entnimmt und führt.
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In einer bevorzugten Ausführung weist die Bearbeitungsanlage eine Fördereinrichtung zum Bewegen unterschiedlicher Profilstränge relativ zu der Roboteranordnung auf. Die Fördereinrichtung kann insbesondere eine oder mehrere Schienen, angetriebene und/oder eine oder mehrere antriebslose Rollen, Bänder oder dergleichen aufweisen. In einer bevorzugten Ausführung stehen die Roboter während der Beaufschlagung eines Profilstranges, der durch die Fördereinrichtung an ihnen vorbeigefördert wird. Gleichermaßen können sich ein oder mehrere Roboter während der Beaufschlagung eines Profilstranges relativ zu einer Umgebung, insbesondere der Fördereinrichtung, bewegen, insbesondere, um Düsen an dem relativ zur Umgebung ruhenden oder durch die Fördereinrichtung bewegten Profilstrang zu führen.
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In einer bevorzugten Ausführung weist die Bearbeitungsanlage eine Herstelleinrichtung, insbesondere eine Extrusionseinrichtung, zum Urformen unterschiedlicher Profilstränge auf. Vorzugsweise ist diese der Roboteranordnung benachbart angeordnet, so dass Profilstränge nach ihrem Urformen an der Roboteranordnung vorbeitransportiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführung weist die Bearbeitungsanlage eine oder mehrere Kammern auf, die eine Arbeitsposition einer oder mehrerer robotergeführten Düsenanordnungen der Roboteranordnung wenigstens teilweise umschließen, insbesondere, um den durch die Düsenanordnung(en) beaufschlagten Profilstrang und/oder die Umgebung, insbesondere Personen zu schützen. In einer bevorzugten Weiterbildung kann in einer Kammer Über- oder Unterdruck herrschen, insbesondere um mit Niederdruckplasma- oder Hochdruckplasmadüsen zu arbeiten. In einer anderen bevorzugten Ausführung ist wenigstens eine Plasmadüse als Atmosphärendruckplasmadüse ausgebildet.
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Mehrere gleiche oder unterschiedliche Profilstränge können in einer bevorzugten Ausführung sequentiell und/oder parallel relativ zu der Roboteranordnung bewegt und durch deren Düsenanordnung(en) mit Plasma bzw. Beschichtungsfluid beaufschlagt werden.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
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1 einen Teil einer Bearbeitungsanlage nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung bei der Beaufschlagung eines ersten Profilstranges;
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2 die Bearbeitungsanlage der 1 bei der Beaufschlagung eines zweiten Profilstranges; und
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3 die Bearbeitungsanlage der 1, 2 bei der Beaufschlagung eines dritten Profilstranges.
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1 zeigt in Extrusions- und Förderrichtung, die mit einer Längsachse eines Kunststoffprofilstranges P übereinstimmt, eine Roboteranordnung mit drei Robotern mit je einer robotergeführten Düsenanordnung mit zwei Plasma- bzw. Beschichtungsdüsen. Die nur teilweise dargestellten drei Knickarmroboter weisen jeweils motorisch aktuierte Drehgelenke 1.1 und 1.3, 2.1 und 2.3 bzw. 3.1 und 3.3 auf, die durch Roboterglieder 1.1 und 1.4, 2.2 und 2.4 bzw. 3.2 und 3.4 gelenkig miteinander verbunden sind. Zusammen mit weiteren, nicht dargestellten Drehgelenken und Gliedern sind die Abtriebe der Gelenke bzw. Roboterflansche 1.1, 2.1 bzw. 3.1 jeweils in sechs Freiheitsgraden bewegbar.
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An der letzten Achse bzw. dem Roboterflansch sind jeweils zwei unterschiedliche Düsen 10 und 11, 20 und 21 bzw. 30 und 31 befestigt. Hierbei kann es sich um Plasma- oder Beschichtungs-, insbesondere Klebe- oder Lacksprühdüsen handeln, deren Strahl in den Figuren dunkel dargestellt ist. Insbesondere kann nach einem Extruder (nicht dargestellt) in Extrusions- und Förderrichtung zunächst eine Roboteranordnung mit drei Robotern mit je zwei Plasmadüsen und stromabwärts eine Roboteranordnung mit drei Robotern mit je zwei Beschichtungs-, insbesondere Klebe- oder Lacksprühdüsen angeordnet sein, die jeweils wie in den Figuren dargestellt ausgebildet ist. Daher wird zur kompakteren Darstellung nachfolgend von Düsen 10 bis 31 gesprochen, bei diesen kann es sich gleichermaßen um Plasma- oder Beschichtungs-, insbesondere Klebe- oder Lacksprühdüsen handeln.
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Eine zentrale Steuerung bzw. SPS der Bearbeitungsanlage (nicht dargestellt) steuert die drei Roboter in Abhängigkeit von dem gerade extrudierten Profilstrang P so, dass diese die jeweils gewünschten Düsen 10 bis 31 in die jeweils gewünschte Position relativ zur Profilstrangachse positionieren. Beispielsweise werden zur Plasmabeaufschlagung bzw. Beschichtung eines ersten dünnwandigen großen U-Profilstranges P (1) Düsen 10, 20 bzw. 30 mit breiterem Strahl einander gegenüberliegend (vgl. Düsen 20 und 30) und senkrecht hierzu (vgl. Düse 10) beaufschlagt bzw. beschichtet wird, nachdem er aus dem Extruder mittels (in den Figuren nicht dargestellter) Rollen, Schienen oder dergleichen einer Fördereinrichtung in Extrusions- und Förderrichtung (senkrecht auf der Zeichenebene der 1) an der Roboteranordnung 1.1 bis 3.4 vorbei transportiert wird.
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Wird, beispielsweise durch Wechsel einer Extrudermaske, stattdessen ein dickwandigerer U-Profilstrang P' mit gleichen Außenabmessungen extrudiert (vgl. 2), werden die Plasmadüsen 10, 20 und 30 durch die Roboter näher an die Profilstrangachse positioniert, um das dickwandigerer U-Profil intensiver mit Plasma zu beaufschlagen.
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Wird, beispielsweise durch Wechsel einer Extrudermaske, stattdessen ein U-Profilstrang P'' mit geringeren Außenabmessungen extrudiert (vgl. 3), werden stattdessen die Plasmadüsen 11, 21 und 31 durch die Roboter auf den Profilstrang P'' gerichtet, um das U-Profil P'' mit einem dünneren Strahlquerschnitt zu beaufschlagen. Hierzu wird im Ausführungsbeispiel insbesondere die jeweils letzte Achse bzw. der Roboterflansch um 90° gedreht, und statt der Düsen 10, 20 und 30 – die deaktiviert werden – die Düsen 11, 21 und 31 aktiviert.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.
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So kann beispielsweise wenigstens einer der Roboter 1.1 bis 3.4 statt des Revolverwechsels von einer auf die andere Düse 10 ↔ 11, 20 ↔ 21 bzw. 30 ↔ 31 mit seinem Roboterflansch auch ein Düsenmagazin (nicht dargestellt) anfahren und dort automatisch die eine durch die andere Düse austauschen.
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In den Ausführungsbeispielen wird nur der in 1 bis 3 vertikale und horizontale Abstand der Düsen 10 bis 31 zu den unterschiedlichen Profilsträngen P, P' bzw. P'' angepasst. Zusätzlich oder alternativ können die Roboter 1.1 bis 3.4 jedoch auch die Orientierung der Düsen relativ zu den Profilsträngen P, P' bzw. P'' ändern und/oder sich zeitweise mit den durch die Fördereinrichtung transportierten Profilsträngen mitbewegen.
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In den Ausführungsbeispielen liegen die Wirkrichtungen der Düsen 10 bis 31, wenigstens im Wesentlichen, in derselben Ebene bzw. bei einer Roboteranordnung mit Plasma- und einer dahinter angeordneten Roboteranordnung mit Beschichtungsdüsen in zwei zueinander parallelen Ebenen. Auch dies muss nicht der Fall sein.
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Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
| 1.1/2.1/3.1 | Letztes Drehgelenk bzw. Roboterflansch des ersten/zweiten/dritten Roboters der Roboteranordnung |
| 1.2, 1.4, 2.2, 2.4, 3.2, 3.4 | Roboterglied |
| 1.3, 2.3, 3.3 | Drehgelenk |
| 10/20/30 | Plasma- oder Beschichtungsdüse der Düsenanordnung mit breitem Strahl |
| 11/21/31 | Plasma- oder Beschichtungsdüse der Düsenanordnung mit dünnem Strahl |
| P, P', P'' | Unterschiedliche Profilstränge |
