DE19943005A1 - Verfahren zum Reinigen der Oberfläche eines Kunststoffgegenstands - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Reinigen der Oberfläche eines Kunststoffgegenstands zur Vorbehandlung für einen nachfolgenden Beschichtungs-, insbesondere Lackierprozess, bei welchem Verfahren wenigstens ein Arbeitsroboter verwendet wird, an dem wenigstens eine Strahldüse vorgesehen ist, mittels welcher pelletartige Trockeneispartikel auf den Kunststoffgegenstand geblasen werden, wobei die Strahldüse mittels des Arbeitsroboters zum Reinigen eines bestimmten Oberflächenabschnitts automatisch entlang des Kunststoffgegenstands während des Ausblasens bewegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen der Oberfläche eines Kunst­ stoffgegenstands zur Vorbehandlung für einen nachfolgenden Beschichtungs-, insbesondere Lackierprozess.

Um einen Kunststoffgegenstand beschichten, beispielsweise lackieren zu können ist es erforderlich, dass seine Oberfläche frei von Verschmutzungen und Verun­ reinigungen wie Staub, kleineren Kunststoffpartikeln, Fett und dergleichen ist, damit eine gute Haftung der aufzubringenden Beschichtung, also beispielsweise des Lacks möglich ist. Besonderes Gewicht kommt einer guten Reinigung vor al­ lem bei der Beschichtung großflächiger Kunststoffteile zu, wie sie beispielsweise auf dem Automobilsektor in Form von Stoßfängern, Verkleidungsteilen oder der­ gleichen verwendet werden. Eine auch nur an einer einzigen Stelle unvollständige Reinigung ist gerade dort besonders nachteilig, da die nur minderwertige Be­ schichtung in diesem Bereich sofort erkennbar ist.

Zum Reinigen dieser großen Kunststoffgegenstände bedient man sich im Stand der Technik entweder eines Wasserbades, in dem die eingelegten Kunststoffge­ genstände mit Ultraschall beaufschlagt werden. Dieses Verfahren ist dabei nur bedingt für Kunststoffe möglich, außerdem schränkt die Größe der Kunststoffge­ genstände die Wirkungsweise sehr ein. Diese Methode ist gerade für große Kunststoffteile nicht prozesssicher.

Ein Alternativverfahren nutzt eine Entfettungsanlage für Kunststoffe, die in mehre­ re Stufen unterteilt ist. In der ersten Stufe erfolgt die Reinigung unter Verwendung einer sauren, alkalischen oder neutralen Chemikalie und entsalztem Wasser, wo­ bei dieser Schritt die Vorreinigung darstellt. Die saure, alkalische oder neutrale Lösung wird mit hohem Druck auf den Kunststoffgegenstand gesprüht. In einer zweiten Stufe wird diese Vorreinigung nochmals wiederholt. Als dritte Stufe schließt sich dann eine Spülung mit entsalztem Wasser und als vierte Stufe eine Klarspülung mit reinem vollentsalztem Wasser an. Dieses Entfettungsverfahren kann noch mehr Stufen beinhalten, die Strukturen der Prozessabläufe bleiben aber im Wesentlichen beibehalten. Die Reinigungswirkung ist nur für leicht ver­ schmutzte Kunststoffteile geeignet.

Nach jedem der beschriebenen Ultraschall- oder Entfettungsreinigungsverfahren müssen die gereinigten Kunststoffgegenstände mit Luft abgeblasen und anschlie­ ßend bei ca. 80-90°C getrocknet werden. Um danach mit dem Beschichtungs­ prozess weiterzuverfahren (es schließt sich dann beispielsweise ein Beflämm­ schritt, das Aufbringen eines Primers oder das Lackieren an) müssen die Gegen­ stände wiederum Raumtemperatur erreichen, was durch eine vorgeschaltete Kühlzone mit ca. 20°C erreicht wird.

Ein drittes Reinigungsverfahren besteht darin, dass eine große Menge ionisierte Luft mit einiger Verweildauer auf die Kunststoffteile geblasen wird. Diese Methode ist zwar für Kunststoffe geeignet, die nur sehr gering beispielsweise mit Flugstaub verschmutzt sind, und an denen sich dieser Staub sehr leicht abnehmen lässt. Für hartnäckige Verschmutzungen ist dieses Verfahren ungeeignet. Schließlich bleibt noch die Handreinigung jedes Kunststoffgegenstandes mit oder ohne Waschmittel und entsalztem Wasser zu nennen, was jedoch allenfalls für die separate Bearbei­ tung einzelner Kunststoffgegenstände, nicht aber für Großserien geeignet ist.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das auf einfache Weise das Reinigen der Oberfläche kleinerer und größerer Kunst­ stoffgegenstände bei Erzielung eines sehr guten Reinigungsergebnisses und der Möglichkeit einer Großserienreinigung zulässt.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, dass wenigstens ein Arbeitsroboter verwendet wird, an dem wenig­ stens eine Strahldüse vorgesehen ist, mittels welcher pelletartige Trockeneisparti­ kel auf den Kunststoffgegenstand geblasen werden, wobei die Strahldüse mittels des Arbeitsroboters zum Reinigen eines bestimmten Oberflächenabschnitts auto­ matisch entlang des Kunststoffgegenstands während des Ausblasens bewegt wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden zum Reinigen der Oberfläche unter Verwendung einer Strahldüse pelletartige Trockeneispartikel mit relativ hohem Druck im Bereich mehrerer bar auf den Kunststoffgegenstand geblasen. Diese Trockeneispartikel bestehend aus verfestigtem Kohlendioxid besitzen eine Tem­ peratur < -79°C, bei Temperaturen < -79°C geht das verfestigte Trockeneis ohne zu schmelzen oder flüssige Rückstände zu hinterlassen direkt in gasförmiges CO₂ über. Durch das mit hohem Druck erfolgende Aufstrahlen dieser Partikel auf die Kunststoffoberfläche wird dies lokal stark abgekühlt, wodurch ein Ablöseeffekt etwaiger Verunreinigungen erzielt wird, die auf diese Weise abgestrahlt werden können. Es werden Oberflächentemperaturen bis minimal 0°C erreicht. Die abge­ kühlte Oberfläche wird mit der noch genügend großen Wärmekapazität des Mate­ rials des Kunststoffgegenstands, welche in der Regel mehrere mm Wandstärke besitzt, erwärmt, so dass unmittelbar nach Beendigung der Reinigung der nächste Bearbeitungsschritt erfolgen kann, da der Kunststoffgegenstand sich wieder auf Raumtemperatur erwärmt hat. Die Strahldüse selbst ist erfindungsgemäß an ei­ nem beweglichen Arbeitsroboter angeordnet, mittels welchem sie entlang des Kunststoffgegenstandes vollautomatisch bewegt wird, d. h., der Roboter fährt den Kunststoffgegenstand ab und bewegt dabei die Strahldüse, so dass dies die Oberfläche Stück für Stück bestrahlen kann. Dieser Prozess erfolgt vollautoma­ tisch, so dass gewährleistet ist, dass der gewünschte Oberflächenabschnitt auch vollständig bearbeitet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt also einerseits eine hervorragende Reinigung der Oberfläche unter Verwendung der mit hohem Druck aufgestrahlten Trockeneispartikel zu, die auch ein Entfernen hartnäckiger Verschmutzungen und Fette etc. zulassen, zum anderen gewährleistet die auto­ matisierte Düsenbewegung unter Verwendung des Arbeitsroboters eine 100%ige flächenmäßige Oberflächenbearbeitung bei gleichzeitiger Automation des Arbeits­ prozesses, so dass auch Großserien auf einfache und sichere Weise ohne ma­ nuelle Tätigkeiten gereinigt werden können.

Da ein Kunststoffgegenstand wie beispielsweise ein Stoßfänger oder ein Verklei­ dungsteil mitunter an beiden Seitenflächen lackiert werden soll, ist auch eine Rei­ nigung beider Flächenabschnitte erforderlich. Um dies auf einfache Weise zu er­ möglichen könne beim erfindungsgemäßen Verfahren zwei einander gegebenenfalls versetzt gegenüberstehende Arbeitsroboter mit jeweils wenigstens einer Strahldüse zum Bestrahlen gegenüberliegender Oberflächenabschnitte des Kunststoffgegenstands verwendet werden.

Wenngleich es möglich ist, den oder die zu reinigenden Kunststoffgegenstände manuell in den Arbeitsbereich eines Arbeitsroboters zu bringen, beispielsweise durch Auflegen oder Aufhängen an einem Gestell oder dergleichen, hat es sich als besonders zweckmäßig im Hinblick auf eine noch weitergehende Automatisie­ rung erwiesen, wenn der zu bearbeitende Kunststoffgegenstand mittels einer För­ dereinrichtung in den Arbeitsbereich des oder der Roboter bewegt wird. Der Kunststoffgegenstand wird in diesem Fall lediglich von einem Arbeiter auf die För­ dereinrichtung, beispielsweise ein Förderband, auf dem mehrere Warenträger, sogenannte Skids angeordnet sind, aufgelegt, wonach der automatische Trans­ port zum Arbeitsroboter hin erfolgt. Dabei kann die Bewegung kontinuierlich sein, d. h., der Kunststoffgegenstand wird auch während des Aufblasens der Trocken­ eispartikel am Roboter vorbeibewegt. Abhängig von der Fördergeschwindigkeit ist dann auch die Arbeitsgeschwindigkeit des Roboters bzw. die Bewegungsge­ schwindigkeit der Strahldüse und gegebenenfalls auch der Ausblasdruck zu wäh­ len. Alternativ dazu kann die Bewegung auch getaktet erfolgen, d. h., der zu reini­ gende Kunststoffgegenstand ruht, während er bearbeitet wird. Die Bestrahlung selbst erfolgt zweckmäßigerweise innerhalb einer geschlossenen, gegebenenfalls Öffnungen für die Zuförderung der Kunststoffgegenstände aufweisenden Kabine, aus welcher bodenseitig Luft abgesaugt und bevorzugt deckenseitig gefilterte Luft zugeführt wird, um eine Luftzirkulation zu erzielen, die einerseits ein Ansammeln der abgestrahlten Verunreinigungen im Bereich des Bodens ermöglicht, zum an­ deren kann so das sich aufgrund der Sublimation der Trockeneispartikel bildende CO₂ abgezogen werden kann, so dass eine Aufkonzentration vermieden wird.

Wie beschrieben dient das erfindungsgemäße Verfahren dazu, das Reinigen weitestgehend zu automatisieren und zu vereinfachen sowie die Möglichkeit zu schaffen, serienweise in großer Anzahl Gegenstände zu bearbeiten. Um auf ein­ fache Weise auf sich in ihrer Art, Größe oder Form ändernde Kunststoffgegen­ stände reagieren zu können, die zu bestrahlen sind, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn vor Beginn der Bearbeitung mittels eines geeigneten automatischen Erfassungsmittels die Art und/oder die Größe und/oder die Form des Kunststoff­ gegenstands bestimmt und in Abhängigkeit des Ergebnisses der Weg der Bewe­ gung der Strahldüse bestimmt oder gewählt wird, wobei dies bevorzugt durch Auswahl eines gegenstandsspezifischen, den Betrieb des Arbeitsroboters steu­ ernden Steuerprogramms erfolgt, wobei diese Auswahl automatisch erfolgen kann, oder nach Erkennen des jeweiligen Kunststoffgegenstands auch manuell gewählt werden kann. Das Erfassungsmittel erkennt also den jeweiligen Gegen­ stand und meldet dies an die den Roboterbetrieb steuernde Steuerungseinrich­ tung, die dann die Bewegung des Roboters unter Abarbeitung des gegenstands­ spezifischen Steuerprogramm steuert. Gegebenenfalls kann dabei neben den ge­ nannten Gegenstandsparametern beispielsweise auch das Kunststoffmaterial, aus dem der Gegenstand gefertigt ist, mit erfasst werden, so dass gegebenenfalls auch der Strahldruck materialabhängig variiert werden kann.

Als Strahldüse kann erfindungsgemäß eine Rundstrahl-, eine Flachstrahl- oder eine Zyklondüse verwendet werden, wobei eine Zyklondüse einen etwas größeren Wirkungskreis besitzt. Da die zu bearbeitenden Gegenstände mitunter komplizier­ te Formen aufweisen können, wie beispielsweise bei einem Stoßfänger, der an den Enden gebogen und auch im Bereich seiner Längsränder gekantet ist, ist eine möglichst unbegrenzte Bewegbarkeit der Strahldüse erforderlich, damit diese den Konturen des von ihr zu bearbeitenden Oberflächenbereichs folgen kann. Zu die­ sem Zweck sollte bevorzugt ein Arbeitsroboter verwendet werden, bei welchem die Strahldüse bezüglich eines diese tragenden Roboterarms um drei Achsen be­ wegbar ist. Bevorzugt sollte ein Arbeitsroboter verwendet werden, bei welchem dieser Roboterarm selbst schwenkbar an einem weiteren Roboterarm angeordnet ist, der wiederum um zwei Achsen bewegbar an einem starren Roboterfuß ange­ ordnet ist. Auf diese Weise wird eine vollumfängliche Beweg- bzw. Verschwenk­ barkeit der Strahldüse um insgesamt sechs Achsen realisiert. Die Ausgestaltung derartiger Arbeitsroboter ist an und für sich bekannt.

Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Ein­ richtung zum Reinigen der Oberfläche eines Kunststoffgegenstands zur Vorbehandlung für einen nachfolgenden Beschichtungs- insbesondere Lackierprozess, umfassend wenigstens einen über eine Steuerungseinrichtung automatisch ge­ steuerten Arbeitsroboter, an dem wenigstens eine Strahldüse, welcher pelletartige Trockeneispartikel zuführbar sind, angeordnet ist, mittels welcher die Trocken­ eispartikel auf den Kunststoffgegenstand ausblasbar sind, wobei die Strahldüse mittels des Arbeitsroboters zum Reinigen eines bestimmten Oberflächenab­ schnitts automatisch entlang des Kunststoffgegenstands bewegbar ist. Dabei sollten bevorzugt zwei, gegebenenfalls auch mehr Strahldüsen am Arbeitsroboter angeordnet sein. Bei der Anordnung ist darauf zu achten, dass die einzelnen Dü­ sen derart angeordnet sind, dass sich die Strahlkegel oder Strahlfächer etwas überlappen, wenn sie auf den Kunststoffgegenstand treffen.

Erfindungsgemäß kann die Einrichtung ferner zwei einander gegenüberliegende, gegebenenfalls versetzt zueinander angeordnete Arbeitsroboter mit jeweils we­ nigstens einer Strahldüse zum Strahlen gegenüberliegender Oberflächenabschnit­ te des Kunststoffgegenstandes umfassen. Die eine oder die mehreren an einem Roboterarm eines Arbeitsroboters angeordneten Strahldüsen sollten um drei Ach­ sen bezüglich des Roboterarms bewegbar sein, wobei dieser wiederum schwenk­ bar an einem weiteren Roboterarm angeordnet sein kann, welcher wiederum um zwei Achsen bewegbar an einem starren Roboterfuß angeordnet sein kann.

Die Einrichtung umfasst ferner eine Kabine, in welcher der oder die Arbeitsroboter aufgenommen sind. Die Kabine ist bevorzugt schallgeschützt, um die Lärmbelä­ stigung außerdem des Kabinenbereichs erträglich zu halten. Das Arbeiten inner­ halb einer Kabine ist zweckmäßig, um einerseits den Arbeitsbereich selbst abzu­ grenzen und ein Verschmutzen desselben durch Schmutzpartikel von außerhalb zu vermeiden, zum anderen muss, da durch die Sublimation der Trockeneisparti­ kel CO₂ entsteht, Sorge getragen werden, dass sich dies nicht in einem zu großen Bereich aufkonzentrieren kann. Um kabinenseitig das CO₂ austragen zu können, um eine Aufkonzentration zu vermeiden, können erfindungsgemäß kabinenbo­ denseitig Mittel zum Absaugen der Kabinenluft vorgesehen sein, ferner sind, be­ vorzugt deckenseitig, weitere Mittel zum Zuführen von Luft vorgesehen. Hierdurch kann innerhalb der Kabine eine Luftzirkulation erzeugt werden, die im Wesentlichen von oben nach unten gerichtet ist und dafür sorgt, dass abgestrahlte Schmutzpartikel am Boden gesammelt werden können. Der Luftbedarf ist abhän­ gig vom Durchsatz an Kunststoffteilen. Die einzublasende Temperatur der Zufuhr­ luft, die bevorzugt gefiltert ist, wozu deckenseitig entsprechende Filtermittel vor­ gesehen sind, sollte zwischen 15°C und 35°C liegen. Durch Verwendung der Fil­ termittel wird vermieden, dass über die Zuluft zusätzliche Schmutzteile eingetra­ gen werden können. Die Absaugung des CO₂-Gases, welches aufgrund der Luft­ zirkulation ebenfalls zum Boden hin zirkuliert, erfolgt über die bodenseitigen Ab­ saugmittel. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn kabinenbodenseitig ein Wasserbecken zum Binden abgeblasener Verunreinigungspartikel vorgesehen ist. Dieses Wasserbecken, welches z. B. im Kabinenboden eingelassen ist und eine Tiefe von beispielsweise ca. 10 cm aufweist, ermöglichst das Binden einer großen Menge an Schmutzpartikeln, die daraus nicht mehr in den Kabinenraum aufgewirbelt werden können. Das Wasser ist beispielsweise im wöchentlichen Turnus auszutauschen.

Weiterhin kann wenigstens eine vorzugsweise bandförmige Fördereinrichtung zum Bewegen des Kunststoffgegenstandes in den Arbeitsbereich des Arbeitsro­ boters vorgesehen sein, welche kontinuierlich oder getaktet bewegbar sein kann.

Als Strahldüsen können Rundstrahl-, Flachstrahl- oder Zyklonstrahldüsen ver­ wendet werden. Zweckmäßigerweise ist einer oder mehreren Strahldüsen eine Mischkammer zugeordnet, in welcher eine Zufuhrleitung, in welcher die Trocken­ eispartikel mittels Druckluft gefördert werden, oder in welcher separate Zufuhrlei­ tungen für die Trockeneispartikel und die Druckluft münden und wo eine Vermi­ schung stattfindet, und an welcher sich die eine oder mehreren Strahldüsen an­ schließen. Die Mischkammer, die entsprechend zu dimensionieren ist, ermöglicht eine vollständige Vermischung der Trockeneispartikel und der Druckluft, wobei über eine gemeinsame Mischkammer die mehreren Strahldüsen versorgt werden. Die Strahldüsen selbst umfassen ein Austrittsrohr, zweckmäßigerweise aus Alu­ minium, welches eine Länge von mehreren cm aufweist und gerade oder in einem Winkel gebogen sein kann, wobei die Rohre gegebenenfalls auch austauschbar sein können, sofern die Beschaffenheit des zu reinigenden Kunststoffgegenstan­ des die Verwendung des einen oder anderen Typs erfordert.

Weiterhin umfasst die Einrichtung erfindungsgemäß Erfassungsmittel zum auto­ matischen Bestimmen der Art und/oder Größe und/oder Form des Kunststoffge­ genstandes, wobei die Bewegung der Strahldüse in Abhängigkeit des Erfas­ sungsergebnisses steuerbar ist. Die Steuerungseinrichtung, welcher das Erfas­ sungsergebnis gemeldet wird, wählt dann entsprechend das den Arbeitsroboter­ betrieb steuernde Programm automatisch aus, alternativ kann nach Kenntnis des jeweiligen zu bearbeitenden Gegenstandes das Programm auch manuell ausge­ wählt oder bestimmt werden. Die Erfassungsmittel können erfindungsgemäß ein Lesemittel, welches stationär beispielsweise innerhalb der Kabine am Eingang der Fördereinrichtung angeordnet ist, und ein am oder nahe dem Kunststoffgegen­ stand angeordnetes oder anbringbares lesbares Teil in Form eines Codierblechs, eines Transponders oder dergleichen umfassen, wobei das Lesemittel mit der Steuerungseinrichtung in Verbindung steht. Denkbar ist hier jedes Teileerken­ nungssystem, welche die eindeutige Erfassung des Kunststoffgegenstandes er­ möglicht, beispielsweise in Form einer Lichtschrankenabfrage mit Codierblech, einer magnetischen Abtastung, dem Scannen von Barcodes etc..

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Einrichtung eine Erzeugungseinrichtung für pelletartige Trockeneispartikel umfassen, von welcher über eine Zufuhrleitung er­ zeugte Trockeneispartikel an die eine oder mehreren Strahldüsen führbar ist. Bei dieser ersten Erfindungsalternative werden also die pelletartigen Trockeneisparti­ kel vor Ort erzeugt. Erforderlich ist lediglich noch ein Tank als Vorratsbehälter für flüssiges CO₂. Alternativ hierzu besteht die Möglichkeit, mit vorgefertigten, in ei­ nem Kühlbereich zu lagernden pelletartigen Trockeneispartikeln zu arbeiten, wo­ bei ein damit zu befüllender Vorratsbehälter vorgesehen ist, von welchem über eine Zufuhrleitung Trockeneispartikel an die eine oder die mehreren Strahldüsen führbar ist.

Bei manchen Kunststoffarten, beispielsweise Polypropylen, ist nach erfolgter Rei­ nigung eine Aktivierung der Oberfläche erforderlich, um für eine gute Haftung der nachfolgend aufzubringenden Beschichtung zu sorgen. Diese Aktivierung, die durch Beflämmen erfolgt, bewirkt, dass die Oberfläche wieder mit Sauerstoff an­ gereichert wird. Während des Beflämmens wird die Oberfläche kurz erwärmt. Auch hier ist sicherzustellen, dass der gesamte Oberflächenbereich bearbeitet wird. Um dies auf einfache Weise zu ermöglichen kann am Arbeitsroboter wenig­ stens ein mit einer Gasversorgung koppelbarer, entsprechend der oder den Strahldüsen bewegbarer Beflämmkopf zum Beflämmen des gereinigten Kunst­ stoffgegenstandes vorgesehen sein. Dieser Beflämmkopf ist in gleicher Weise wie die Strahldüsen mittels des Arbeitsroboters bewegbar, so dass sichergestellt ist, dass dieser den gleichen Oberflächenbereich vollständig bearbeiten kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens sowie der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung als Aufsicht,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Einrichtung aus Fig. 2,

Fig. 4 eine Prinzipskizze eines Arbeitsroboters mit Strahldüsen gemäß ei­ ner ersten Ausführungsform, und

Fig. 5 eine Prinzipskizze eines Arbeitsroboters mit Strahldüsen und Be­ flämmkopf gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt in Form eines Schaubildes die wesentlichen Komponenten der erfin­ dungsgemäßen Einrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens erforderlich sind. Mit 1 ist ein Kompressor bezeichnet, welcher die zum Ausblasen der pelletartigen Trockeneispartikel erforderliche Druckluft erzeugt. Der Druck sollte im Bereich zwischen 6-16 Bar liegen. Mit 2 ist die Versorgungsein­ richtung für die pelletartigen Trockeneispartikel gekennzeichnet. Dabei kann es sich einerseits um eine Herstellungseinrichtung von Trockeneis nebst Pelletieran­ lage handeln, d. h., werkseitig wird das Trockeneis und die Trockeneispartikel selbst hergestellt. Alternativ dazu kann es sich hier auch um einen Container zur Aufnahme der Trockeneispartikel handeln, wobei diese als vorgefertigtes Produkt bezogen und gekühlt gelagert werden. Die Druckluft und die Trockeneispartikel werden über entsprechende stationäre Versorgungsleitungen 3, 4 an eine die Partikelzufuhr zur noch näher zu beschreibende Strahldüse steuernden Zufuh­ reinrichtung 5 gegeben. Diese Zufuhreinrichtung 5 regelt den erforderlichen Druckluftbedarf sowie den Partikelbedarf, so dass die jeweils erforderlichen Men­ gen an die Strahldüse gegeben werden. Dies geschieht über die Versorgung 6, wobei Druckluft und Trockeneispartikel, die, ebenfalls mit Luft gefördert werden, über separate Zufuhrleitungen geführt werden. Die Strahldüse selbst ist an einem Arbeitsroboter 7 angeordnet, wobei der Arbeitsroboter 7 in Fig. 1 nur in Form einer Prinzipskizze dargestellt ist. Der Bewegungsbetrieb des Arbeitsroboters 7 wird über die Steuerungseinrichtung 36 gesteuert. Über die Strahldüse, die hier nicht näher gezeigt ist, werden die Trockeneispartikel mittels der Druckluft auf einen Kunststoffgegenstand 8, hier beispielsweise der Stoßfänger eines Automobils, unter hohem Druck aufgestrahlt, wie durch den Strahlkegel 9 dargestellt. Die Trockeneispartikel, bestehend aus verfestigtem CO₂, besitzen eine Länge von bis zu ca. 5 mm und einen Durchmesser von ca. 1 mm. Ihre Temperatur liegt unter­ halb von -79°C. Das Aufstrahlen mit hohem Druck in Verbindung mit der niedrigen Temperatur, die zu einer lokalen Abkühlung der Oberflächenschicht des Kunst­ stoffgegenstandes 8 im bestrahlten Bereich führt, bewirkt eine hervorragende Reinigung und Entfettung der Kunststoffoberfläche.

Fig. 2 zeigt in Form einer Prinzipskizze eine erfindungsgemäße Einrichtung 10. Diese umfasst eine bevorzugt schallgedämmte Kabine 11, die, siehe Fig. 3, seit­ lich und oben geschlossen ist. In der Kabine 11 sind im gezeigten Ausführungs­ beispiel zwei Arbeitsroboter 7 an gegenüberliegenden Kabinenseiten und versetzt zueinander angeordnet. Im Inneren der Kabine 11 verläuft eine Fördereinrichtung 12 in Form eines Förderbandes, auf welcher mehrere Warenträger 13, sogenannte Skids, angeordnet sind. Auf jeden Warenträger 13 wird an einer Aufgabestelle 14 ein zu bearbeitender Kunststoffgegenstand 8 aufgegeben. Die Fördereinrich­ tung bewegt sich in Richtung des Pfeils A. Ersichtlich werden dabei die Warenträ­ ger 8 in den Arbeitsbereich der beiden Arbeitsroboter 7 gefördert. Die Förderbe­ wegung kann kontinuierlich sein, d. h., die Kunststoffgegenstände 8 bewegen sich während der Bearbeitung langsam am jeweiligen Arbeitsroboter 7 vorbei, alterna­ tiv kann die Bewegung auch diskontinuierlich sein, d. h., während des Bearbeitens ruhen die Warenträger 8. Jeder der Arbeitsroboter 7 besitzt einen bestimmten Ar­ beitsbereich 15, wie durch den gestrichelten fächerförmigen Bereich angegeben. Innerhalb dieses Arbeitsbereichs 15 kann der Roboter bzw. der die eine oder die mehreren Strahldüsen tragende Roboterarm verschwenkt werden, so dass die Strahldüse jeden Oberflächenabschnitt der ihr zugewandten Seite des Kunststoff­ gegenstandes 8 bestrahlen kann. Zum Bestrahlen fährt der Arbeitsroboter den Kunststoffgegenstand ab, d. h., die jeweilige Strahldüse wird in Bahnen am Kunststoffgegenstand vorbeibewegt. Der Weg kann dabei beliebig gewählt wer­ den, wobei dies natürlich auch von der Ausgestaltung des zu bearbeitenden Kunststoffgegenstandes abhängt. Ersichtlich ist es aufgrund der gegenüberlie­ genden Anordnung der Arbeitsroboter 7 möglich, die gegenüberliegenden Seiten eines Kunststoffgegenstandes 8 abzustrahlen und zu reinigen. Dabei bewegt sich der Arbeitsroboter und damit die Strahldüse mit einer definierten Geschwindigkeit bezüglich des Kunststoffgegenstandes, um eine flächenabschnittsmäßige Bear­ beitungszeit zu erzielen, die etwaige Beschädigungen des Kunststoffgegenstan­ des aufgrund des Bestrahlens ausschließt. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit sollte bevorzugt im Bereich von ca. 1,0 s/cm² liegen, wobei natürlich auch kürzere Bearbeitungszeiten einstellbar sind. Oberflächenbeschädigungen können erst ab einer Strahldauer von < 40 s/cm² auftreten. Die oben angegebenen, relativ kurzen Bearbeitungszeiten sind jedoch hinreichend, um eine vollständige Reinigung zu erzielen. Sollte aufgrund eines Prozessfehlers die flächenabschnittsbezogene Be­ arbeitungsgeschwindigkeit ansteigen, beispielsweise im Falle eines Stopps der Fördereinrichtung oder des Roboters, ist mittels entsprechender Notabschal­ tungseinrichtungen dafür Sorge zu tragen, dass die Bestrahlung unterbrochen wird.

Während der Bestrahlung werden am Kunststoffgegenstand Oberflächentempera­ turen bis minimal 0°C erreicht. Diese Abkühlung an der Oberfläche der Kunststoff­ teile wird durch eine ständige Luftzufuhr in das Innere der Kabine 11, die zur Er­ zielung einer Luftzirkulation dient, sehr schnell wieder aufgehoben. Die zugeführte Luft sollte eine Temperatur zwischen 15-35°C aufweisen. Im Übrigen erwärmt sich die abgekühlte Oberfläche auch aufgrund der genügend großen Wärmeka­ pazität des Kunststoffmaterials, das eine im Bereich mehrerer mm liegende Mate­ rialstärke besitzt. Damit ist sichergestellt, dass der Kunststoffgegenstand bis zum nächsten Bearbeitungsschritt, beispielsweise dem Lackieren in einer der Kabine 11 anschließenden Lackierkabine, wieder auf Raumtemperatur erwärmt ist.

Fig. 3 zeigt in Form einer Prinzipskizze eine Seitenansicht der Einrichtung 10. Wie beschrieben wird innerhalb der Kabine eine Luftzirkulation durch Luftzufuhr er­ reicht. Zu diesem Zweck sind deckenseitig mehrere Zufuhröffnungen 16 vorgese­ hen, in denen Filtermittel 17 angeordnet sind, über welche Luft eingeblasen wer­ den kann, siehe Pfeile B. Über die Filtermittel wird die Zufuhrluft gereinigt, so dass nur gereinigte Luft ins Kabineninnere gelangt und eine Verschmutzung hierdurch vermieden wird. Zum Zuführen der Luft sind entsprechende Gebläse deckenseitig vorgesehen, die nicht näher dargestellt sind. Im Bereich des Kabinenbodens er­ folgt ein Luftabzug, wie durch den Pfeil C dargestellt ist. Auch zu diesem Zweck sind entsprechende Gebläsemittel vorgesehen, die nicht näher dargestellt sind. Unterhalb des mit Luftdurchtritten 18 versehenen Kabinenbodens befindet sich eine Luftabsaugungskammer 19, in welche Kabinenluft gesaugt und anschließend abgezogen wird. Durch die Luftabsaugung werden auch die abgestrahlten Schmutzpartikel in diesen Bereich gesaugt und in einem dort befindlichen großflä­ chigen Wasserbecken 20 gebunden. Neben dem Sammeln der Schmutzpartikel in diesem Bereich dient die Absaugung ferner dazu, das sich aufgrund der Sublima­ tion der CO₂-Partikel bildende gasförmige CO₂ abzusaugen und eine Aufkonzen­ tration im Kabineninneren zu vermeiden.

Fig. 4 zeigt in Form einer Prinzipskizze einen erfindungsgemäßen Arbeitsroboter 7a. Diese umfasst einen bodenseitig feststehenden Roboterfuß 21, an dem ein erster Roboterarm 22 angeordnet ist. Der Roboterarm 22 ist zum einen um die Achse 23 bezüglich des Roboterfußes 21 schwenkbar (siehe Doppelpfeil M) und ferner um die Achse 24 bezüglich des Roboterfußes 21 verdrehbar (siehe Dop­ pelpfeil D). Am ersten Roboterarm 22 ist ein zweiter Roboterarm 25 angeordnet, welcher bezüglich des ersten Roboterarms 23 um die Achse 26 schwenkbar ist (siehe Doppelpfeil E). Am vorderen Ende des Roboterarms 25 ist eine Gelenkme­ chanik 27 vorgesehen, an welcher die Strahldüseneinheit 28 gehaltert ist. Die Gelenkmechanik 27 ermöglicht ein Verschwenken der Strahldüseneinheit 28 um die drei Achsen 29, 30, 31, wie durch die Doppelpfeile F, G, H angedeutet ist. Ins­ gesamt ist damit die Strahldüseneinheit 28 um sechs Achsen verdrehbar. Diese Beweglichkeit ermöglicht es, die Strahldüseneinheit 28 in fast jede beliebige Posi­ tion bezüglich des Kunststoffgegenstandes zu bringen, so dass auch von ihrer Form her schwierige Oberflächenabschnitte bestrahlt werden können. Die Aus­ gestaltung eines derartigen Arbeitsroboters ist an und für sich bekannt, weshalb nicht näher hierauf eingegangen werden braucht.

Die Strahldüseneinheit 28 besteht zum einen aus einer Mischkammer 32, in wel­ cher zwei Zufuhrleitungen 33, 34 münden. Über die Zufuhrleitung 33 werden, sie­ he Pfeil 1, die Trockeneispartikel zugeführt, über die Zufuhrleitung 34 (siehe Pfeil K) wird die Druckluft geführt. In der Mischkammer vermischen sich beide, wobei die Druckluft zum Austragen der Trockeneispartikel über die beiden rohrförmigen Strahldüsen 35, die direkt an der Mischkammer 32 angeordnet sind, dient. Die Strahldüsen 35 sind direkt auf den Kunststoffgegenstand gerichtet, der Strahlen­ abstand beträgt ca. 20 cm. Die Beibehaltung dieses Strahlabstandes bezüglich des Kunststoffgegenstandes wird durch die Steuerung der Bewegung des Arbeits­ roboters erzielt, welche in Abhängigkeit der Kontur oder Form des Kunststoffge­ genstandes erfolgt. Hierzu sind seitens der in Fig. 1 gezeigten Steuerungseinrich­ tung 36 wählbare Steuerungsprogramme vorgesehen. Die Auswahl des jeweiligen Steuerungsprogramms erfolgt abhängig vom zu bearbeitenden Kunststoffgegen­ stand. Um diesen zu erkennen sind Erfassungsmittel 37 vorgesehen, beispiels­ weise in Form eines Scanners oder dergleichen, der ein entsprechendes Teil 38 am Warenträger 13 liest, welches die entsprechenden Informationen betreffend des jeweils darauf liegenden Kunststoffgegenstandes 8 beinhaltet. Diese ausge­ lesene Information wird an die Steuerungseinrichtung 36 gegeben, die dann den Arbeitsroboter 7 entsprechend steuert. Die Strahldüsen 35 sind derart anzuord­ nen, dass ihre Strahlkegel (siehe Fig. 1) sich im Arbeitsabstand am Kunststoffge­ genstand um ein bestimmtes Stück überlappen. Bei den Strahldüsen kann es sich um Rundstrahl-, Flachstrahl- oder Zyklondüsen handeln. Die Form kann gerade oder gebogen sein, je nach Anwendung. Bevorzugt sind die Strahldüsen 35 an der Mischkammer 32 auswechselbar angeordnet.

Schließlich zeigt Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Arbeitsroboters 7b. Dieser entspricht insoweit dem Aufbau dem Arbeitsroboter 7a, jedoch ist an der Gelenkmechanik 27 ein Adapterstück 38 vorgesehen, an den einerseits die Mischkammer 32 angeordnet ist, andererseits aber auch ein Beflämmkopf 39, welcher zum Beflämmen der vorher gereinigten Oberfläche dient. Der Beflämm­ kopf 39 ist mit einer Gaszufuhrleitung 40 für Verbrennungsgas gekoppelt (siehe Pfeil L), ferner ist eine Elektrode 41 zum Zünden des Gases vorgesehen. Auf­ grund der Anordnung des Beflämmkopfes 39 ist dieser in gleicher Form wie auch die Strahldüsen bewegbar, so dass er entsprechend dem Bewegungsweg der Strahldüsen am Kunststoffgegenstand vorbei bewegt werden kann.

Claims (29)

1. Verfahren zum Reinigen der Oberfläche eines Kunststoffgegenstands zur Vorbehandlung für einen nachfolgenden Beschichtungs-, insbesondere Lackierprozess, bei welchem Verfahren wenigstens ein Arbeitsroboter ver­ wendet wird, an dem wenigstens eine Strahldüse vorgesehen ist, mittels welcher pelletartige Trockeneispartikel auf den Kunststoffgegenstand ge­ blasen werden, wobei die Strahldüse mittels des Arbeitsroboters zum Rei­ nigen eines bestimmten Oberflächenabschnitts automatisch entlang des Kunststoffgegenstands während des Ausblasens bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem zwei einander gegebenenfalls versetzt gegenüberstehende Arbeitsroboter mit jeweils wenigstens einer Strahldüse zum Bestrahlen gegenüberliegender Oberflächenabschnitte des Kunststoffgegenstands verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der zu bearbeitende Kunststoffgegenstand mittels einer Fördereinrichtung in den Arbeitsbereich des oder der Roboter bewegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Bewegung kontinuierlich oder getaktet erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem vor Beginn der Bearbeitung mittels eines geeigneten automatischen Erfas­ sungsmittels die Art und/oder die Größe und/oder die Form des Kunststoff­ gegenstands bestimmt und in Abhängigkeit des Ergebnisses der Weg der Bewegung der Strahldüse bestimmt oder gewählt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem in Abhängigkeit des Ergebnisses ein den Betrieb des Arbeitsroboters steuerndes Steuerprogramm automa­ tisch oder manuell gewählt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem als Strahldüse eine Rundstrahl-, eine Flachstrahl- oder eine Zyklondüse ver­ wendet wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem ein Arbeitsroboter verwendet wird, bei welchem die Strahldüse bezüglich eines diese tragenden Roboterarms um drei Achsen bewegbar ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem ein Arbeitsroboter verwendet wird, bei welchem der Roboterarm schwenkbar an einem weiteren Robo­ terarm angeordnet ist, welcher wiederum um zwei Achsen bewegbar an ei­ nem starren Roboterfuß angeordnet ist.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Bestrahlung innerhalb einer geschlossenen, gegebenenfalls Öffnungen für die Zuförderung der Kunststoffgegenstände aufweisenden Kabine erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem aus der Kabine bodenseitig Luft abgesaugt und bevorzugt deckenseitig gefilterte Luft zugeführt wird.

12. Einrichtung zum Reinigen der Oberfläche eines Kunststoffgegenstands zur Vorbehandlung für einen nachfolgenden Beschichtungs-, insbesondere Lackierprozess, umfassend wenigstens einen über eine Steuerungseinrich­ tung (36) automatisch gesteuerten Arbeitsroboter (7, 7a, 7b), an dem we­ nigstens eine Strahldüse (35), welcher pelletartige Trockeneispartikel zu­ führbar sind, angeordnet ist, mittels welcher die Trockeneispartikel auf den Kunststoffgegenstand (8) ausblasbar sind, wobei die Strahldüse (35) mittels des Arbeitsroboters (7) zum Reinigen eines bestimmten Oberflächenab­ schnitts automatisch entlang des Kunststoffgegenstands (8) bewegbar ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, bei welcher zwei Strahldüsen (35) am Ar­ beitsroboter (7, 7a, 7b) angeordnet sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, umfassend zwei einander, gegebe­ nenfalls versetzt zueinander gegenüberstehend angeordnete Arbeitsrobo­ ter (7, 7a, 7b) mit jeweils wenigstens einer Strahldüse zum Bestrahlen ge­ genüberliegender Oberflächenabschnitte des Kunststoffgegenstands (8).

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei welcher die eine oder die mehreren an einem Roboterarm (25) eines Arbeitsroboters (7, 7a, 7b) angeordneten Strahldüsen (35) um drei Achsen (29, 30, 31) bezüglich des Roboterarms (25) bewegbar sind.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, bei welcher der Roboterarm (25) schwenk­ bar an einem weiteren Roboterarm (22) angeordnet ist, welcher wiederum um zwei Achsen (23, 24) bewegbar an einem starren Roboterfuß (21) an­ geordnet ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, umfassend ferner eine Kabine (11), in welcher der oder die Arbeitsroboter (7, 7a, 7b) aufgenom­ men sind.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, bei welcher kabinenbodenseitig Mittel zum Absaugen (C, 19) der Kabinenluft und bevorzugt deckenseitig Mittel zum Zuführen (B, 16) von Luft vorgesehen sind.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, bei welcher Filtermittel (17) zum Filtern der zuzuführenden Luft vorgesehen sind.

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei welcher kabinenbo­ denseitig ein Wasserbecken (20) zum Binden abgeblasener Verunreini­ gungspartikel vorgesehen ist.

21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, umfassend ferner we­ nigstens eine vorzugsweise bandförmige Fördereinrichtung (12) zum Bewegen des Kunststoffgegenstands (8) in den Arbeitsbereich eines Arbeits­ roboters (7, 7a, 7b).

22. Einrichtung nach Anspruch 21, bei welcher die Fördereinrichtung (12) kon­ tinuierlich oder getaktet bewegbar ist.

23. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22, bei welcher die Strahldü­ se (35) als Rundstrahl-, Flachstrahl- oder als Zyklonstrahldüse ausgebildet ist.

24. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 23, bei welcher einer oder mehreren Strahldüsen (35) eine Mischkammer (32) zugeordnet ist, in wel­ cher eine Zufuhrleitung, in welcher die Trockeneispartikel mittels Druckluft gefördert werden, oder separate Zufuhrleitungen (33, 34) für die Trocken­ eispartikel und die Druckluft münden und wo die Vermischung stattfindet, und an welcher sich die eine oder mehreren Strahldüsen (35) anschließen.

25. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 24, umfassend Erfas­ sungsmittel (37) zum automatischen Bestimmen der Art und/oder Größe und/oder der Form des Kunststoffgegenstands, wobei die Bewegung der Strahldüse (35) in Abhängigkeit des Erfassungsergebnisses steuerbar ist.

26. Einrichtung nach Anspruch 25, bei welcher die Erfassungsmittel ein Le­ semittel (37) und ein am oder nahe dem Kunststoffgegenstand angeordne­ tes oder anbringbares lesbares Teil (38) in Form eines Codierblechs, eines Transponders o. dgl. umfassen, wobei das Lesemittel (37) mit der Steue­ rungseinrichtung (36) in Verbindung steht.

27. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 26, umfassend eine Erzeu­ gungseinrichtung (2) für pelletartige Trockeneispartikel, von welcher über eine Zufuhrleitung (4) erzeugte Trockeneispartikel an die eine oder mehre­ ren Strahldüsen führbar ist.

28. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 26, umfassend einen mit vorgefertigten pelletartigen Trockeneispartikeln zu befüllenden Vorratsbe­ hälter (2), von welchem über eine Zufuhrleitung (4) Trockeneispartikel an die eine oder mehreren Strahldüsen führbar ist.

29. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 28, bei welcher am Arbeits­ roboter (7b) wenigstens ein mit einer Gasversorgung (40) koppelbarer, ent­ sprechend der oder den Strahldüsen (35) bewegbarer Beflämmkopf (39) zum Beflämmen des gereinigten Kunststoffgegenstands vorgesehen ist.