DE102016125220A1

DE102016125220A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Aufbringen von flüssigen oder pastösen Stoffen

Info

Publication number: DE102016125220A1
Application number: DE102016125220.4A
Authority: DE
Inventors: Johann Resch; Martin Achter
Original assignee: POLYPLAN POLYURETHAN MASCHINEN GmbH; Polyplan Polyurethan-Maschinen GmbH
Current assignee: POLYPLAN POLYURETHAN MASCHINEN GmbH; Polyplan Polyurethan-Maschinen GmbH
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-06-21
Also published as: DE202016008512U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (14) zum Aufbringen von flüssigen oder pastösen Stoffen, insbesondere eines Wachses oder eines Dichtstoffes, z.B. aus Polyurethan, auf oder in Karosseriebauteile (10) eines Fahrzeugs, umfassend mindestens eine Austrittsdüse (26) mit mindestens einer Austrittsöffnung (13) zur Abgabe des Stoffes sowie mindestens eine Schwingungserzeugungseinrichtung (27a, 27b, 27c) zur Erzeugung einer Schwingung der Austrittsdüse (26).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Aufbringen von flüssigen oder pastösen Stoffen, insbesondere eines Wachses oder eines Dichtstoffes, z.B. aus Polyurethan, auf oder in Karosseriebauteile eines Fahrzeugs.
In der Automobilproduktion sind verschiedene Verfahren und entsprechende Systeme zum Aufbringen von flüssigen oder pastösen Stoffen (Materialien) auf Karosseriebauteile bekannt. Beispielsweise ist es üblich, auf Innenseiten von Fahrzeugtüren, insbesondere in Falzbereichen, Wachs zu applizieren, um dort einen zusätzlichen Korrosionsschutz bereitzustellen. Weiterhin ist es oftmals nötig, Dichtstoffe, beispielsweise aus Schaumstoff (z.B. auf Basis von Polyurethan) auf oder in ein Karosseriebauteil zu applizieren.
Durch eine weitgehende Automatisierung und die Verwendung von Robotertechnik wird bei bekannten Vorrichtungen und Verfahren zum Aufbringen von flüssigen oder pastösen Stoffen ein vergleichsweise schneller und effektiver Auftrag mit hoher Präzision erreicht. Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch bestehende Systeme noch hinsichtlich der Effektivität und insbesondere auch ihrer Variabilität verbesserungswürdig sind.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Aufbringen von flüssigen oder pastösen Stoffen, insbesondere eines Wachses oder eines Dichtstoffes, z.B. aus Polyurethan, auf oder in Karosseriebauteile eines Fahrzeuges, vorzuschlagen, wobei ein effektives und schnelles Aufbringen, insbesondere auch unter variierenden Bedingungen, ermöglicht sein soll.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Aufbringen von flüssigen oder pastösen Stoffen, insbesondere eines Wachses oder eines Dichtstoffes, z.B. aus Polyurethan, auf oder in Karosseriebauteile eines Fahrzeugs, gelöst, wobei die Vorrichtung mindestens eine Austrittsdüse mit mindestens einer Austrittsöffnung zur Abgabe des Stoffes sowie mindestens eine Schwingungserzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer Schwingung der Austrittsdüse umfasst.
Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, dass der Austrittsdüse eine Schwingungserzeugungseinrichtung zugeordnet wird, die es ermöglicht, dass die Austrittsdüse schwingt (bzw. oszilliert). Dadurch kann auf einfache Art und Weise Einfluss auf den aus der Austrittsöffnung austretenden Flüssigkeitsstrahl genommen werden, insbesondere hinsichtlich seines Öffnungswinkels und/oder seiner Strahlbreite (Strahldurchmesser) und/oder seiner Form. Wird die Austrittsdüse beispielsweise durch die Schwingungserzeugungseinrichtung in mindestens einer Richtung quer zu einer Strahlaustrittsrichtung bewegt (während flüssiger oder pastöser Stoff abgegeben wird), hat dies zunächst die Folge, dass sich eine Strahldicke bzw. ein Strahldurchmesser vergrößert (mit der Konsequenz, dass auch ein Aufprallbereich am Karosseriebauteil des Fahrzeugs vergrößert wird. Zum anderen (insbesondere wenn die Schwingung eine vergleichsweise hohe Frequenz hat bzw. die Austrittsdüse sich vergleichsweise schnell hin und her bewegt) kann den einzelnen Flüssigkeitsteilchen auch ein Impuls quer zur Strahlaustrittsrichtung aufgeprägt werden, was zu einer Aufweitung des Strahls führt (also zu einem größeren Öffnungswinkel). Auch dadurch vergrößert sich letztlich der Aufprallbereich des Flüssigkeitsstrahls auf dem Karosseriebauteil des Fahrzeugs. Die Schwingungserzeugungseinrichtung ist insbesondere so beschaffen, dass eine Schwingung der Austrittsdüse unabhängig davon ermöglicht ist, ob die Austrittsdüse mit flüssigem oder pastösem Stoff durchströmt wird. Die Schwingungserzeugungseinrichtung umfasst vorzugsweise mindestens ein gegenüber der Austrittsdüse separat ausgebildetes bewegliches Element, das in Relation zu der Austrittsdüse bewegt werden kann, um eine Schwingung der Austrittsdüse zu erzielen. Die Schwingungserzeugungseinrichtung kann einen (z.B. elektrischen) Antrieb zur Erzeugung der Schwingung aufweisen. Wenn mehrere Schwingungserzeugungseinrichtungen vorgesehen sind, können diese eine gemeinsamen Antrieb oder jeweils einen eigenen Antrieb aufweisen. Insbesondere durch die Schwingungserzeugungseinrichtung wird ein effektiver, schneller und insbesondere variabler Auftrag des flüssigen oder pastösen Stoffes ermöglicht. Beispielsweise wenn ein Auftrag mit einem vergleichsweise schmalen und wenig geöffneten Flüssigkeitsstrahl aufgrund der speziellen Gegebenheiten vorteilhaft ist, kann der Flüssigkeitsstrahl entsprechend angepasst werden. Genauso ist dies auch beispielsweise für den Fall möglich, dass ein vergleichsweise breiter Aufprallbereich des Flüssigkeitsstrahls gewünscht ist (beispielsweise um vergleichsweise schnell, ggf. zeilenweise, einen Stoff zu applizieren).
Die Schwingungserzeugungseinrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die Austrittsöffnung in mindestens einer (vorzugsweise mindestens zwei verschiedenen) Richtungen, die (zumindest im Wesentlichen) parallel zu einer Öffnungsfläche der Austrittsöffnung ist (sind) hin und her bewegt wird. Dadurch kann auf einfache Art und Weise der Aufprallbereich des Flüssigkeitsstrahls auf das Karosseriebauteil vergrößert werden. Bei einer niedrigen Frequenz (langsamen Hin- und Her-Bewegung) ergibt sich dies insbesondere daraus, dass die Austrittsöffnung gegenüber dem (sich relativ gesehen nicht bewegenden) Karosseriebauteil bewegt wird und somit ein größerer Bereich abgedeckt wird. Insbesondere bei höheren Frequenzen (schnellerer Hin- und Her-Bewegung) spielt auch eine Rolle, dass aufgrund einer Bewegung in Querrichtung (quer zum austretenden Strahl) eine Strahlaufweitung (zunehmender Öffnungswinkel des Strahls) realisiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Schwingungserzeugungseinrichtung ausgebildet sein, die Austrittsöffnung in einer Richtung, die (zumindest im Wesentlichen) senkrecht zu der Öffnungsfläche der Austrittsöffnung ist, hin und her zu bewegen. Unter der Öffnungsfläche ist diejenige Fläche zu verstehen, die durch die Austrittsöffnung definierende Ränder begrenzt ist. Auch dadurch kann auf einfache Art und Weise auf den Strahl des flüssigen oder pastösen Stoffes Einfluss genommen werden.
Die Schwingungserzeugungseinrichtung kann ausgebildet sein, die Austrittsöffnung in zeitlichem Wechsel zu verengen und zu verbreitern. Auch dadurch kann auf einfache Art und Weise der Strahl hinsichtlich seiner Parameter (z.B. Öffnungswinkel, Tröpfchengröße) beeinflusst werden.
Die Schwingungserzeugungseinrichtung kann ausgebildet sein, die Austrittsdüse zumindest abschnittsweise in mindestens eine Richtung, vorzugsweise in mindestens zwei verschiedene Richtungen, hin und her zu schwenken. Durch ein derartiges Verschwenken kann der Flüssigkeitsstrahl oszillierend in die eine Richtung abgelenkt werden und in die Gegenrichtung (zurück-) abgelenkt werden. Besonders bevorzugt kann die Austrittsdüse in mindestens zwei verschiedene Richtungen hin und her verschwenkt werden, so dass letztlich eine Vergrößerung des Aufprallbereichs in mindestens zwei Richtungen erfolgen kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Austrittsdüse nach oben und unten verschwenkt werden kann und gleichzeitig nach rechts und links, wobei „oben“ im vorliegenden Fall im engeren Sinne „nach oben“ bedeuten kann, allgemein jedoch als begrifflicher Ausgangspunkt für die Richtungen „unten“, „rechts“ und „links“ dienen soll.
Die Schwingungserzeugungseinrichtung kann weiterhin so ausgebildet sein, dass die Austrittsdüse zumindest abschnittsweise gegenüber einer Aufnahmeeinrichtung, in der die Austrittsdüse aufgenommen ist, translatorisch, insbesondere ausschließlich translatorisch, hin und her bewegt werden kann. Beispielsweise kann die Austrittsdüse so (flexibel) gelagert sein (beispielsweise durch ein elastisches Material), dass sie zumindest abschnittsweise (oder im Ganzen) translatorisch, ggf. rein translatorisch, hin und her bewegt werden kann. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine Variation des austretenden Flüssigkeitsstrahls, insbesondere eine Variation der Aufprallfläche, erzielt.
Vorzugsweise ist/sind die Schwingungserzeugungseinrichtung(en) ausgebildet, die Austrittsöffnung in eine Richtung hin und her zu bewegen, die zumindest im Wesentlichen senkrecht auf einer Trajektorie der Aufbringung des Stoffes auf dem Karosseriebauteil steht. Eine derartige Trajektorie entspricht insbesondere einer Ortskurve des Aufprallbereiches des Strahls bzw. eines Zentrums des Aufprallbereiches des Strahls auf dem Karosseriebauteil.
Generell kann eine/die Trajektorie der Aufbringung des Stoffes abschnittsweise krummlinig und/oder zumindest abschnittsweise geradlinig verlaufen. Insbesondere kann ein zeilenweises Rastern durchgeführt werden, um den gesamten Bereich der Karosseriebauteils, der mit dem Stoff zu versehen ist, abzudecken.
Die Vorrichtung kann durch einen Roboter gebildet werden oder Bestandteil eines solchen sein oder einen solchen umfassen.
Im Allgemeinen kann die Schwingungserzeugungseinrichtung einen elektrischen Antrieb, insbesondere einen Elektromotor umfassen.
Die Schwingungserzeugungseinrichtung kann mindestens einen Vibrationsmotor umfassen. Derartige Vibrationsmotoren sind beispielsweise aus Mobilfunkgeräten bekannt und basieren auf dem technischen Prinzip der Unwucht. Dazu ist ein rotierender Körper vorgesehen, dessen Drehachse nicht durch seinen Schwerpunkt verläuft. Dadurch entstehen mechanische Schwingungen, die im vorliegenden Fall auf die Austrittsdüse übertragen werden können. Weiterhin kann die Schwingungserzeugungseinrichtung einen Piezoantrieb umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Magnetantrieb vorgesehen sein. Weiter alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Exzenterantrieb vorgesehen sein. Weiterhin alternativ kann mindestens eine Schallquelle, insbesondere Ultraschallquelle, vorgesehen sein.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise eine Wachsausbringungslanze oder umfasst eine solche. Insbesondere bei der Ausbringung von Wachs auf Karosserieteile ist eine variable Anpassung des Wachsstrahls von besonderem Vorteil.
Ein Stoffzufuhrkanal, der vor der Austrittsdüse angeordnet ist, kann zumindest abschnittweise gekrümmt sein. Dadurch kann besonders einfach und effektiv eine Schwingung der Austrittsdüse realisiert werden. Die Krümmung kann so ausgestaltet sein, dass die Orientierung des Stoffzufuhrkanals an einem proximalen Ende der Krümmung gegenüber einer Orientierung an einem distalen Ende der Krümmung einen Winkel α von mindestens Grad, vorzugsweise mindestens Grad, noch weiter vorzugsweise mindestens Grad aufweist.
Die Vorrichtung kann eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung, insbesondere Regelung, eines Öffnungswinkels und/oder eines Strahldurchmessers des aus der Austrittsöffnung austretenden Flüssigkeitsstrahls umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung, insbesondere Regelung, der Amplitude und/oder Frequenz der Schwingung der Austrittsdüse vorgesehen sein. Die hier erwähnten Steuerungseinrichtungen können durch eine einzige Steuerungseinrichtung oder verschiedene Steuerungseinrichtungen realisiert werden. In jedem Fall wird dadurch die Anpassung der Vorrichtung weiter vereinfacht.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein System zum Aufbringen von flüssigen oder pastösen Stoffen, insbesondere eines Wachses oder eines Dichtstoffes, z.B. aus Polyurethan, auf oder in Karosseriebauteile eines Fahrzeugs, umfassend eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art, eine Fördereinrichtung zum Fördern des Stoffes sowie eine Strahlüberwachungseinrichtung zur Überwachung eines aus der Austrittsöffnung austretenden Flüssigkeitsstrahls des flüssigen oder pastösen Stoffes.
Die Strahlüberwachungseinrichtung kann eine Einrichtung zur Winkelmessung, insbesondere Messung eines Austrittswinkels und/oder Öffnungswinkels des Flüssigkeitsstrahls und/oder eine Einrichtung zur Messung eines Auftreffbereiches des Flüssigkeitsstrahls und/oder eine Einrichtung zur Messung der Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls und/oder eine Einrichtung zur Messung eines Formparameters des Flüssigkeitsstrahls und/oder einer Ausdehnung des Flüssigkeitsstrahls, insbesondere einer Strahlhöhe und/oder einer Strahldicke umfassen.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Aufbringen von flüssigen oder pastösen Stoffen, insbesondere eines Wachses oder eines Dichtstoffes, z.B. aus Polyurethan, auf oder in Karosseriebauteile eines Fahrzeugs, wobei eine Austrittsdüse mit mindestens einer Austrittsöffnung zur Abgabe des Stoffes während des Aufbringens des Stoffes in Schwingung versetzt wird.
Ein aus der Austrittsöffnung austretender Flüssigkeitsstrahl wird vorzugsweise überwacht. Dabei findet weiter vorzugsweise eine Winkelmessung, insbesondere eine Messung eines Austrittswinkels des Flüssigkeitsstrahls oder eines Öffnungswinkels des Flüssigkeitsstrahls und/oder eine Messung eines Auftreffpunktes des Flüssigkeitsstrahls und/oder eine Messung einer Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls und/oder eine Messung eines Formparameters des Flüssigkeitsstrahls und/oder einer Strahlausdehnung, insbesondere einer Strahlhöhe und/oder eines Strahldurchmessers statt.
Insbesondere wird also der Flüssigkeitsstrahl (als solcher) der in Richtung des Karosseriebauteils des Fahrzeugs gerichtet ist, um dort den flüssigen oder pastösen Stoff aufzubringen (vorzugsweise mit optischen Mitteln) überwacht. Unter einer Überwachung ist insbesondere die Messung mindestens eines Flüssigkeitsstrahl-Parameters, also eines Parameters, der den Flüssigkeitsstrahl hinsichtlich seiner Eigenschaften (beispielsweise seiner geometrischen Eigenschaften) beschreibt. Unter Flüssigkeitsstrahl ist insbesondere ein Strahl des flüssigen oder pastösen Stoffes zu verstehen. Indem der Flüssigkeitsstrahl überwacht wird, wird es ermöglicht (online) Abweichungen von einem gewünschten Aufbring-Verhalten festzustellen. Die Qualität der Ausbringung des flüssigen oder pastösen Stoffes kann insgesamt mit einfachen Mitteln sichergestellt werden. Insgesamt ist mit einfachen Mitteln eine präzise und zuverlässige Ausbringung des flüssigen und pastösen Stoffes ermöglicht.
Unter einem flüssigen oder pastösen Stoff soll insbesondere ein solcher verstanden werden, der zumindest beim Austritt aus der Austrittsöffnung in flüssiger oder pastöser Form vorliegt. Nach dem Auftrag (ggf. nach Verstreichen einer gewissen Zeit) kann dieser Stoff erstarren (also nicht mehr flüssig oder pastös sein). Es ist auch denkbar, dass der Stoff auch nach seinem Auftrag noch flüssig oder pastös ist.
Es kann auch ein Aufprall-Winkel des Flüssigkeitsstrahls, also ein Winkel gegenüber der Oberfläche, auf der der flüssige oder pastöse Stoff aufgetragen wird, gemessen werden (ggf. zusätzlich zu der Messung des Austrittswinkels oder Öffnungswinkels des Flüssigkeitsstrahls). Über eine derartige Winkelmessung kann auf einfache Art und Weise eine Abweichung von einem gewünschten Auftrag des Stoffes festgestellt werden.
Unter dem Auftreffbereich (bzw. Aufprallbereich) soll der Bereich verstanden werden, der mit dem Flüssigkeitsstrahl bei dessen Aufprall in Kontakt kommt.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls vermessen werden. Bei der Geschwindigkeit handelt es sich insbesondere um die Austrittsgeschwindigkeit aus der Düse (die üblicherweise zumindest in etwa auch der Aufprallgeschwindigkeit auf das Karosseriebauteil entspricht, ggf. reduziert durch Reibungsverluste und/oder Turbulenzen). Im Allgemeinen kann ein Formparameter des Flüssigkeitsstrahls und/oder eine Ausdehnung des Flüssigkeitsstrahls gemessen werden. Insbesondere kann eine Strahlhöhe gemessen werden. Unter einer Strahlhöhe ist die Länge des Strahls zwischen Austrittsdüse und Karosseriebauteil zu verstehen. Anstelle einer (direkten) Messung der Strahlhöhe kann diese auch indirekt bestimmt werden (dabei handelt es sich jedoch grundsätzlich nicht mehr - zumindest isoliert gesehen - um eine Überwachung des Flüssigkeitsstrahls als solchen). Vorzugsweise wir die Höhe und Geschwindigkeit des Strahls gleichzeitig bestimmt. Gerade aus dieser Kombination lässt sich eine zuverlässige Aussage über die Güte des Auftrags des Stoffes erzielen.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Strahldicke (also der Durchmesser des Flüssigkeitsstrahls), z.B. am Austrittsort und/oder Ort des Aufpralls, gemessen werden.
Unter einer Strahldicke (Strahldurchmesser) des Flüssigkeitsstrahles ist insbesondere die maximale Dicke (der maximale Durchmesser) im Falle von nicht Kreis-runden Strahlgeometrien (z. B. elliptischer Strahlquerschnitt) zu verstehen.
Vorzugsweise wird ein Ist-Wert eines Parameters des Flüssigkeitsstrahls, insbesondere eines Öffnungswinkels und/oder eines Strahldurchmessers, mit einem Soll-Wert verglichen. Weiter vorzugsweise erfolgt bei einer vorbestimmten Abweichung des Ist-Wertes von dem Soll-Wert eine Anzeige. Alternativ oder zusätzlich kann der Flüssigkeitsstrahl korrigiert, insbesondere nachgeführt und/oder hinsichtlich seines Öffnungswinkels und/oder seines Strahldurchmessers angepasst werden. Die Anzeige kann beispielsweise optisch, insbesondere über ein Display und/oder akustisch erfolgen. Insgesamt wird dadurch eine verbesserte Qualitätssicherung erzielt.
Im Allgemeinen wird der Flüssigkeitsstrahl vorzugsweise optisch erfasst.
In einer konkreten Ausführungsform wird der Flüssigkeitsstrahl mit mindestens einer Kamera (vorzugsweise mehreren Kameras, beispielsweise mindestens zwei oder mindestens drei Kameras) aufgenommen. Durch eine Aufnahme per Kamera können auf einfache Art und Weise eine Vielzahl von Parametern (beispielsweise die Strahlgeometrie, insbesondere ein Austritts- oder Öffnungswinkel) bestimmt werden. Mit mehreren Kameras lässt sich der Strahl ggf. auch dreidimensional überwachen und auswerten.
Weiter vorzugsweise nimmt dieselbe Kamera den Flüssigkeitsstrahl aus mindestens zwei verschiedenen Perspektiven auf. Dabei ist es denkbar, dass die Kamera entsprechend bewegt wird. Bevorzugt ist es jedoch, dass die Kamera nicht bewegt wird und eine Aufnahme verschiedener Perspektiven über entsprechende optische Reflexions- und/oder Umlenkeinrichtungen (beispielsweise bestehend aus oder umfassend mindestens einen Spiegel und/oder mindestens ein Prisma) ermöglicht wird. Über entsprechende Reflexions- und/oder Umlenkeinrichtungen kann dann Licht, das den Flüssigkeitsstrahl in einer ersten Richtung verlässt und Licht, das den Flüssigkeitsstrahl in einer zweiten Richtung verlässt (wobei erste und zweite Richtung beispielsweise einen Winkel von 20-180 Grad, insbesondere 90 Grad aufweisen) auf ein und dieselbe Kamera geführt werden, so dass ein Bild des Flüssigkeitsstrahls aus zwei Perspektiven aufgenommen werden kann.
Dabei ist es denkbar, dass (beispielsweise durch entsprechendes Schalten von Umlenk- und/oder Reflexionseinrichtungen und/oder Filter und/oder Blenden) der Flüssigkeitsstrahl zu einem bestimmten Zeitpunkt entweder nur aus einer Richtung aufgenommen wird oder nur aus der anderen Richtung (bzw. einer zweiten oder dritten, etc. Richtung) oder gleichzeitig aus mehreren (beispielsweise zwei) Richtungen, wobei sich dann die Bilder des Flüssigkeitsstrahls ggf. bei der Aufnahme überlagern können. Beispielsweise kann bei einer Aufnahme zweier Perspektiven immer alternierend erst die eine und dann die andere Perspektive im (ständigen) Wechsel aufgenommen werden.
Alternativ oder zusätzlich wird vom Flüssigkeitsstrahl stammendes Licht mit mindestens einem Lichtsensor erfasst. Weiter vorzugsweise erfasst derselbe Lichtsensor Licht, das vom Flüssigkeitsstrahl in mindestens zwei verschiedene Richtungen gestrahlt wird. Bei den mindestens zwei Richtungen in diesem Zusammenhang kann es sich um diskrete (beispielsweise zwei vordefinierte) Richtungen handeln oder um ein Kontinuum, also einen Winkelbereich von beispielsweise mindestens 30 Grad oder mindestens 90 Grad oder sogar (zumindest nahezu) 360 Grad. Eine Erfassung kann beispielsweise über einen in einem 360 Grad Winkel um den Flüssigkeitsstrahl umlaufenden Lichtsensor ermöglicht werden. Grundsätzlich kann der Sensor entweder verfahren werden (beispielsweise um den Flüssigkeitsstrahl umlaufen) oder positionstreu gegenüber dem Flüssigkeitsstrahl sein (beispielsweise einen im geometrischen Sinne umlaufenden Ringsensor bilden). Ggf. können auch mehrere Lichtsensoren, beispielsweise mindestens zwei oder mindestens drei Lichtsensoren vorgesehen sein, die vorzugsweise den Flüssigkeitsstrahl aus verschiedenen Winkeln erfassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Flüssigkeitsstrahl beleuchtet. Dies verbessert die Überwachung des Strahls, beispielsweise durch eine Kamera oder einen Lichtsensor. Weiterhin können ein oder mehrere Spiegel vorgesehen sein sowie ggf. Polarisationseinrichtungen, um den Strahl noch präziser erfassen zu können.
Zur Beleuchtung des Flüssigkeitsstrahls können eine oder mehrere Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen sein. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Laserstrahl bereitgestellt. Weiter vorzugsweise kann der Laserstrahl in eine Ringstruktur so eingekoppelt werden, dass er um den Flüssigkeitsstrahl umläuft. Über eine entsprechende Auskoppelstruktur kann dann Licht des Laserstrahls in Richtung des Flüssigkeitsstrahls gelenkt werden, so dass dieser von allen Richtungen beleuchtet wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Flüssigkeitsstrahl (insbesondere ein Wachsstrahl) mit einem Fluoreszenzmittel versehen sein bzw. (im Allgemeinen) selbst leuchten, insbesondere fluoreszieren. Dadurch wird die Vermessung weiter erleichtert.
Vorzugsweise wird ein Referenzpunkt definiert und der Flüssigkeitsstrahl gegenüber diesem Referenzpunkt vermessen. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Koordinatensystem definiert werden und der Strahl in Bezug auf dieses Koordinatensystem vermessen werden. Ein Referenzpunkt oder ein Ursprung des Koordinatensystems kann beispielsweise auf der Stoff-Ausbringungsvorrichtung, insbesondere an einem distalen Ende dieser Stoff-Ausbringungsvorrichtung (beispielsweise) am Austrittsort des Strahls liegen. In jedem Fall wird eine wohldefinierte und zuverlässige Vermessung und somit Überwachung des Flüssigkeitsstrahls ermöglicht. Eine Vermessung kann insbesondere gegenüber einem Tool Center Point (TCP) erfolgen.
Das erfindungsgemäße System weist die (im Prinzip) gleichen Vorteile auf, wie das oben beschriebene Verfahren. Das System kann eine Einrichtung zur Messung eines Austrittswinkels und/oder Öffnungswinkels des Strahls umfassen und/oder eine Einrichtung eines Auftreffpunktes des Strahls und/oder eine Einrichtung zur Messung der Geschwindigkeit des Strahls und/oder eine Einrichtung zur Messung einer Strahlhöhe und/oder Strahldicke umfassen. Die Strahlüberwachungseinrichtung kann zur Messung eines Ist-Wertes des Flüssigkeitsstrahl-Parameters ausgebildet sein. Weiterhin kann eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich des Ist-Wertes mit einem Soll-Wert vorgesehen sein. Die Vergleichseinrichtung kann ausgebildet sein, um bei einem vorbestimmten Abweichen des Ist-Werts von dem Soll-Wert eine Anzeigevorrichtung zu veranlassen, diese Abweichung anzuzeigen und/oder den Flüssigkeitsstrahl zu korrigieren, insbesondere (regelnd) nachzuführen.
Das System kann mindestens eine Kamera aufweisen. Weiterhin kann das System auch mindestens eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Flüssigkeitsstrahls aufweisen.
Weiterhin kann das System mindestens einen Lichtsensor, insbesondere einen um 360 Grad umlaufenden Lichtsensor aufweisen. Weiterhin kann das System eine Lasereinrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls zur Beleuchtung des Flüssigkeitsstrahls aufweisen. Vorzugsweise weist das System eine Ringstruktur auf, in die der Laserstrahl eingekoppelt werden kann, wobei ggf. eine Auskopplungsstruktur vorgesehen ist, so dass der Laserstrahl aus der Ringstruktur in Richtung des (innerhalb der Ringstruktur positionierten) Flüssigkeitsstrahls ausgekoppelt werden kann. Weiterhin kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die konfiguriert ist, um die oben genannten Verfahrensschritte realisieren zu können.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Systems zum Aufbringen eines pastösen oder flüssigen Stoffes auf ein Karosseriebauteil;
2 eine schematische Ansicht eines Systems zum Überwachen eines Flüssigkeitsstrahls;
3 eine schematische Ansicht eines Systems zum Überwachen eines Flüssigkeitsstrahls;
4 eine Schrägansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stoff-Ausbringungsvorrichtung;
5 die Stoff-Ausbringungsvorrichtung gemäß 4 in einer Seitenansicht;
6 die Stoff-Ausbringungsvorrichtung gemäß 4 in einem Schnitt entlang der Linie VI-VI gemäß 7;
7 eine Frontansicht der Stoff-Ausbringungsvorrichtung gemäß 4.

In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
In 1 ist ein Karosseriebauteil 10 zu sehen, auf das ein flüssiger oder pastöser Stoff 11 appliziert wird. Der Stoff 11 tritt als Flüssigkeitsstrahl 12 aus einer Austrittsöffnung 13 einer Stoff-Ausbringungsvorrichtung 14 aus. Die Stoff-Ausbringungsvorrichtung 14 ist über eine Leitung 15 mit einer Fördereinrichtung 16 verbunden. Weiterhin ist schematisch eine Kamera 17 zur Aufnahme des Flüssigkeitsstrahls 12 sowie eine Beleuchtungseinrichtung 18 zur Beleuchtung des Flüssigkeitsstrahls 12 abgebildet. Die Elemente 14, 15, 16, 17 und 18 sind Bestandteil eines Systems zum Aufbringen von flüssigen oder pastösen Stoffen auf das Karosseriebauteil 10.
Anstelle der einen Kamera 17 können auch mehrere Kameras vorgesehen sein, die beispielsweise eine Aufnahme des Flüssigkeitsstrahls 12 aus mehreren Winkeln ermöglichen. Genauso können auch mehrere Beleuchtungseinrichtungen 18 vorgesehen sein, die es ggf. erlauben, den Flüssigkeitsstrahl aus mehreren Winkeln zu beleuchten.
In einer konkreten Ausführungsform handelt es sich bei dem System gemäß 1 um ein System zum Aufbringen von Wachs auf Karosseriebauteile eines Fahrzeugs. Bei der Stoff-Ausbringungsvorrichtung kann es sich dann um eine Wachs-Ausbringungslanze handeln. Bei der Fördereinrichtung 16 kann es sich um eine Wachs-Fördereinrichtung handeln.
Die Kamera 17 steht mit einer Strahlüberwachungseinrichtung 19 in Verbindung (drahtlos oder drahtgebunden), so dass die Kamera 17 Signale (beispielsweise Rohdaten oder bereits aufbereitete Messdaten) an die Strahlüberwachungseinrichtung 19 senden kann. Diese bestimmt dann aus den Signalen einen oder mehrere Flüssigkeitsstrahl-Parameter, wie beispielsweise einen Öffnungswinkel des Flüssigkeitsstrahls oder einen Austrittswinkel oder eine Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls (etc.). Ergebnisse dieser Messungen können dann herangezogen werden, um entweder eine Anzeige entsprechend zu betätigen, die eine gewisse Abweichung von Normwerten anzeigt oder (bzw. zusätzlich) um die Ausbringung des Stoffes (also insbesondere den Ort des Aufbringens auf das Karosseriebauteil 10 oder eine ausgebrachte Menge oder eine Austrittsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls) zu regeln.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Systems zur Überwachung eines Flüssigkeitsstrahls 12 (der in 2 senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtet ist). Mittels einer Beleuchtungseinrichtung 18 wird Licht 19 auf den Flüssigkeitsstrahl 12 gestrahlt. Durch eine Kamera 17 kann der Flüssigkeitsstrahl 12 aus einer ersten Perspektive 20 sowie aus einer zweiten Perspektive 21 aufgenommen werden. Dazu sind Reflexionseinrichtungen 22 (Spiegel) vorgesehen, die vom Flüssigkeitsstrahl 12 stammendes Licht auf ein Prisma 23 lenken. Vom Prisma 23 aus erreicht das Licht die Kamera 17. Der Strahlengang wird insgesamt durch gestrichelte Linien angedeutet. Eine Rückwand 24 kann ggf. mattierend (schwarz mattierend) ausgebildet sein.
Ggf. (nicht im Detail in 2 gezeigt) kann entweder das Licht gem. der ersten Perspektive 20 oder des Lichts gem. der zweiten Perspektive 21 unterdrückt werden (durch entsprechende Strahlumlenkung und/oder Blockierung, beispielsweise zwischen dem Flüssigkeitsstrahl 12 und einer der Reflexionseinrichtungen 22). Weiterhin kann eine Steuereinrichtung so konfiguriert sein, dass die Kamera 17 alternierend das Licht aus der ersten Perspektive und das Licht aus der zweiten Perspektive 21 aufnimmt (ggf. im vergleichsweise kurzen Wechsel, beispielsweise mit einem Umschaltvorgang nach weniger als einer Sekunde). Ggf. kann die Kamera 17 jedoch auch die Bilder aus beiden Perspektiven 20, 21 gleichzeitig aufnehmen, so dass sich diese überlagern. Bei beiden grundlegenden Verfahren kann eine vergleichsweise zuverlässige Vermessung des Flüssigkeitsstrahls ermöglicht werden.
3 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Strahlüberwachung. Der Flüssigkeitsstrahl 12 verläuft hier senkrecht zur Zeichenebene. Über eine Einkoppelvorrichtung 24 wird ein Laserstrahl in eine Ringstruktur 25 eingekoppelt. Über im Detail nicht dargestellte Auskoppelvorrichtungen wird Licht des Laserstrahls (aus allen Richtungen bzw. über einen 360 Grad Winkel) auf den Flüssigkeitsstrahl gerichtet, was durch entsprechende Pfeile symbolisiert wird. Umgekehrt kann vom Flüssigkeitsstrahl 12 reflektiertes Licht (oder ggf. vom Flüssigkeitsstrahl selbst erzeugtes Licht, ggf. über ein Fluoreszenzmittel) radial nach außen auf die Ringstruktur 25 strahlen und dort ggf. durch einen ringförmig angeordneten Sensor (also einen Sensor, der um 360 Grad umläuft) detektiert werden. Besonders bevorzugt setzt sich ein solcher Ringsensor aus mehreren (beispielsweise mindestens vier oder mindestens zehn) über die Ringstruktur (gleichmäßig) verteilten Einzelsensoren zusammen, wobei jeder Einzelsensor für sich Licht, das vom Flüssigkeitsstrahl 12 stammt, erfasst. Im Ergebnis wird hier auf einfache Art und Weise eine präzise Vermessung des Flüssigkeitsstrahls ermöglicht.
In 1 sind gestrichelt gezeichnete Schwingungserzeugungseinrichtungen 27a, 27b und 27c schematisch gezeigt. Die Schwingungserzeugungseinrichtungen 27a, 27b koppeln eine Schwingung unmittelbar in eine Düse 26 der Stoff-Ausbringungsvorrichtung ein. Bevorzugt kann dies so erfolgen, dass die Schwingungserzeugungseinrichtung 27a eine Schwingung in 1 von links nach rechts (hin und her) erzeugt und die Schwingungserzeugungseinrichtungen 27b eine Schwingung in eine andere Richtung (insbesondere in die Papierebene hinein). Dadurch kann durch gleichzeitiges Verwenden der Schwingungserzeugungseinrichtungen 27a und 27b ein beliebiges Schwingen (beispielsweise linear oder kreisförmig oder in einer noch anderen Form) realisiert werden. Weiterhin kann auch eine Schwingungserzeugungseinrichtung, nämlich die Schwingungserzeugungseinrichtung 27c an einer anderen Stelle (nicht unmittelbar an der Düse 26) der Stoff-Ausbringungsvorrichtung 14 angeordnet sein, beispielsweise auf einem Hauptkörper 31. Auch bei einer Anbringung auf dem Hauptkörper 31 (nicht in 1 gezeigt) können wieder mehrere (z.B. zwei) Schwingungserzeugungseinrichtungen eine Schwingung in verschiedenen Richtungen realisieren. Grundsätzlich kann nur eine Schwingungserzeugungseinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise die Schwingungserzeugungseinrichtung 27a oder 27b oder 27c. Es können auch mehrere Schwingungserzeugungseinrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise 27a und 27b. Es können auch noch mehr als zwei Schwingungserzeugungseinrichtungen vorgesehen sein (beispielsweise die in 1 skizzierten Schwingungserzeugungseinrichtungen 27a, 27b und 27c).
4 zeigt eine erfindungsgemäße Stoff-Ausbringungsvorrichtung 14, konkret eine Wachs-Ausbringungslanze. Diese umfasst den bereits weiter oben erwähnten Hauptkörper 31, die Düse 26 und die distal angeordnete Austrittsöffnung 13. Der Hauptkörper 31 kann hierbei (angrenzend zur Düse 26) eine Krümmung 28 aufweisen. Die Krümmung 28 kann so ausgestaltet sein, dass die Orientierung eines Fluidkanal 32 an einem proximalen Ende 29 der Krümmung 28 gegenüber einer Orientierung an einem distalen Ende 30 der Krümmung 28 einen Winkel α von mindestens 20 Grad, vorzugsweise mindestens 50 Grad, noch weiter vorzugsweise mindestens 90 Grad aufweist. Wie insbesondere in 6 gezeigt, umfasst die Wachs-Ausbringungslanze 14 den Fluidkanal 32, über den das Wachs von einem proximalen Ende 33 der Wachs-Ausbringungslanze zu der an einem distalen Ende 34 der Wachs-Ausbringungslanze gefördert werden kann.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
Bezugszeichenliste

10: Karosseriebauteil
11: Stoff
12: Flüssigkeitsstrahl
13: Austrittsöffnung
14: Vorrichtung (Stoff-Ausbringungsvorrichtung, insbesondere Wachsausbringungslanze)
15: Leitung
16: Fördereinrichtung
17: Kamera
18: Beleuchtungseinrichtung
19: Licht
20: erste Perspektive
21: zweite Perspektive
22: Reflexionseinrichtung
23: Prisma
24: Einkoppelvorrichtung
25: Ringstruktur
26: Düse
27a: Schwingungserzeugungseinrichtung
27b: Schwingungserzeugungseinrichtung
27c: Schwingungserzeugungseinrichtung
28: Krümmung
29: Proximales Ende der Krümmung 28
30: Distales Ende der Krümmung 28
31: Hauptkörper
32: Fluidkanal
33: Proximales Ende der Stoff-Ausbringungsvorrichtung 14
34: Distales Ende der Stoff-Ausbringungsvorrichtung 14

Claims

Vorrichtung (14) zum Aufbringen von flüssigen oder pastösen Stoffen, insbesondere eines Wachses oder eines Dichtstoffes, z.B. aus Polyurethan, auf oder in Karosseriebauteile (10) eines Fahrzeugs, umfassend mindestens eine Austrittsdüse (26) mit mindestens einer Austrittsöffnung (13) zur Abgabe des Stoffes sowie mindestens eine Schwingungserzeugungseinrichtung (27a, 27b, 27c) zur Erzeugung einer Schwingung der Austrittsdüse (26).
Vorrichtung (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserzeugungseinrichtung oder die mehreren Schwingungserzeugungseinrichtungen (27a, 27b, 27c) ausgebildet ist/sind, die Austrittsöffnung (13) in mindestens einer Richtung, vorzugsweise mindestens zwei verschiedenen Richtungen, die zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Öffnungsfläche der Austrittsöffnung ist/sind und/oder in einer Richtung, die zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Öffnungsfläche der Austrittsöffnung ist, hin und her zu bewegen.
Vorrichtung (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserzeugungseinrichtung (27a, 27b, 27c) oder die mehreren Schwingungserzeugungseinrichtungen (27a, 27b, 27c) ausgebildet ist/sind, die Austrittsöffnung in zeitlichem Wechsel zu verengen und zu verbreitern.
Vorrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserzeugungseinrichtung (27a, 27b, 27c) oder die mehreren Schwingungserzeugungseinrichtungen (27a, 27b, 27c) ausgebildet ist/sind, die Austrittsdüse (26) zumindest abschnittsweise in mindestens eine Richtung, vorzugsweise in mindestens zwei verschiedene Richtungen, hin und her zu schwenken.
Vorrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserzeugungseinrichtung (27a, 27b, 27c) oder die mehreren Schwingungserzeugungseinrichtungen (27a, 27b, 27c) ausgebildet ist/sind, die Austrittsdüse (26) zumindest abschnittsweise gegenüber einer Aufnahmeeinrichtung, in der die Austrittsdüse aufgenommen ist, translatorisch, insbesondere ausschließlich translatorisch, vorzugsweise quer zu einer Strahlaustrittsrichtung, hin und her zu bewegen.
Vorrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserzeugungseinrichtung oder die mehreren Schwingungserzeugungseinrichtungen (27a, 27b, 27c) ausgebildet ist/sind, die Austrittsöffnung (13) in eine Richtung hin und her zu bewegen, die zumindest im Wesentlichen senkrecht auf einer Trajektorie der Aufbringung des Stoffes auf dem Karosseriebauteil steht.
Vorrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserzeugungseinrichtung (27a, 27b, 27c) oder die mehreren Schwingungserzeugungseinrichtungen (27a, 27b, 27c) jeweils oder gemeinsam mindestens einen elektrischen Antrieb, insbesondere einen Elektromotor, und/oder einen Vibrationsmotor und/oder mindestens einen Piezoantrieb und/oder mindestens einen Magnetantrieb und/oder mindestens einen Exzenterantrieb und/oder mindestens eine Schallquelle, insbesondere Ultraschallquelle, umfasst.
Vorrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Wachsausbringungslanze (14) ist oder eine solche umfasst.
Vorrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stoffzufuhrkanal, der vor der Austrittsdüse angeordnet ist, zumindest abschnittsweise gekrümmt ist.
Vorrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (14) eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung, insbesondere Regelung, eines Öffnungswinkels und/oder eines Strahldurchmessers des aus der Austrittsöffnung austretenden Flüssigkeitsstrahls umfasst und/oder eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung, insbesondere Regelung, der Amplitude und/oder Frequenz der Schwingung der Austrittsdüse umfasst.
System zum Aufbringen von flüssigen oder pastösen Stoffen, insbesondere eines Wachses oder eines Dichtstoffes, z.B. aus Polyurethan, auf oder in Karosseriebauteile (10) eines Fahrzeugs, umfassend eine Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, eine Fördereinrichtung (16) zum Fördern des Stoffes sowie eine Strahlüberwachungseinrichtung (19) zur Überwachung eines aus der Austrittsöffnung austretenden Flüssigkeitsstrahls (12) des flüssigen oder pastösen Stoffes (11), die Strahlüberwachungseinrichtung (19) vorzugsweise umfasst: - eine Einrichtung zur Winkelmessung, insbesondere Messung eines Austrittswinkels und/oder Öffnungswinkels des Flüssigkeitsstrahls und/oder - eine Einrichtung zur Messung eines Auftreffbereiches des Flüssigkeitsstrahls und/oder - eine Einrichtung zur Messung der Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls und/oder - eine Einrichtung zur Messung eines Formparameters des Flüssigkeitsstrahls und/oder einer Ausdehnung des Flüssigkeitsstrahls, insbesondere einer Strahlhöhe und/oder einer Strahldicke umfasst.
Verfahren zum Aufbringen von flüssigen oder pastösen Stoffen, insbesondere eines Wachses oder eines Dichtstoffes, z.B. aus Polyurethan, auf oder in Karosseriebauteile (10) eines Fahrzeugs, wobei eine Austrittsdüse (26) mit mindestens einer Austrittsöffnung (13) zur Abgabe des Stoffes während des Aufbringens des Stoffes in Schwingung versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus der Austrittsöffnung (13) austretender Flüssigkeitsstrahls (12) überwacht wird, wobei vorzugsweise einer oder mehrere der folgenden Schritte durchgeführt wird: - eine Winkelmessung, insbesondere eine Messung eines Austrittswinkels des Flüssigkeitsstrahls oder eines Öffnungswinkels des Flüssigkeitsstrahls (12); und/oder - eine Messung eines Auftreffpunktes des Flüssigkeitsstrahls und/oder - eine Messung einer Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls und/oder - eine Messung eines Formparameters des Flüssigkeitsstrahls und/oder einer Strahlausdehnung, insbesondere einer Strahlhöhe und/oder eines Strahldurchmessers.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ist-Wert eines Parameters des Flüssigkeitsstrahls (12), insbesondere eines Öffnungswinkels und/oder eines Strahldurchmessers, mit einem Soll-Wert verglichen wird, wobei vorzugsweise bei einer vorbestimmten Abweichung des Ist-Wertes von dem Soll-Wert eine Anzeige erfolgt und/oder der Flüssigkeitsstrahl (12) korrigiert, insbesondere nachgeführt und/oder hinsichtlich seines Öffnungswinkels angepasst, wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsstrahl (12) optisch erfasst wird, wobei der Flüssigkeitsstrahl vorzugsweise mit mindestens einer Kamera (17) aufgenommen wird, wobei weiter vorzugsweise dieselbe Kamera den Flüssigkeitsstrahl ggf. aus mindestens zwei verschiedenen Perspektiven aufnimmt und/oder wobei vorzugsweise vom Flüssigkeitsstrahl (12) stammendes Licht mit mindestens einem Lichtsensor erfasst wird, wobei weiter vorzugsweise derselbe Lichtsensor Licht, das vom Flüssigkeitsstrahl in mindestens zwei verschiedene Richtungen gestrahlt wird erfasst.