DE4202074A1

DE4202074A1 - Verfahren zum entlacken von teilen

Info

Publication number: DE4202074A1
Application number: DE4202074A
Authority: DE
Inventors: Hans-Werner Prof Dr I Bergmann; Peter Dipl Ing Ufer; Horst Dipl Ing Lindner; Alois Bachhuber
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1992-01-25
Filing date: 1992-01-25
Publication date: 1993-07-29

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entlacken von Teilen, insbesondere zum Entlacken farbverschmutzter Oberflächen von Fertigungseinrichtungen in Lackieran lagen.

Bei der serienmäßigen Lackierung von Teilen, z. B. Ka rosserien und Kleinteilen in der Automobilindustrie, be dient man sich elektrostatischer oder elektrolytischer Verfahren beim Lackauftrag, bei denen an das zu lackie rende Teil eine elektrische Spannung aufgebracht wird bzw. dieses anodisch oder kathodisch geschaltet wird. Dabei muß ein Oberflächenkontakt zwischen zu lackieren dem Teil und der entsprechenden Fertigungseinrichtung (Transportgehänge, Schlitten, Ketten, Gitterroste etc.) sichergestellt sein. Da diese Oberflächen beim Lackauf trag zwangsläufig verschmutzt werden, ist ein regel mäßiges Entlacken erforderlich.

Bekannte Entlackungsverfahren sind beispielsweise das Strahlentlacken mittels Wasser oder einem körnigen Strahlmittel, die Stickstoffentlackung oder der Einsatz chemischer Mittel. Diese Verfahren sind jedoch relativ aufwendig und wirken teilweise aggressiv auf die zu rei nigenden Oberflächen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, welches sowohl den Arbeitsaufwand reduziert als auch eine Schädigung der zu reinigenden Oberflächen der Fer tigungseinrichtungen ausschließt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnen den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhaf te Weiterbildungen des Verfahrens sind den weiteren Pa tentansprüchen entnehmbar.

Überraschend hat sich herausgestellt, daß durch Einsatz eines Lasers bzw. durch Beaufschlagung der zu reinigenden Oberflächen mit einem Laserstrahl diese schnell und effizient entlackt werden können, wobei eine Schädigung der Oberfläche oder der darunterliegenden Materialstruk tur ausschließbar ist. Insbesondere gelingt es, den für den Lackiervorgang nachteiligen Durchgangswiderstand auf die Werte des blanken Metalls zu drücken. Als besonders geeignet hat sich dabei der Einsatz eines gepulsten La serstrahles erwiesen, mit dem bei einer geringen Puls dauer und abhängig von der Laserbauart höchstmöglicher Frequenz eine Reinigung ausreichend großer Flächen in nerhalb weniger Sekunden erzielt wird.

Durch Variation im gepulsten Betrieb, durch Fokussierung des Laserstrahles, durch Steuerung der Pulsenergie und der Pulszahl kann der Lackabtrag optimiert werden, ohne daß eine Schädigung an der Fertigungseinrichtung auf tritt. Das beste Bearbeitungsergebnis läßt sich mit einer Einstellung der Strahlenergie erzielen, die knapp interhalb der Plasmaschwelle an der beaufschlagten Ober fläche liegt. Dann ergibt sich der größtmögliche nutz bare Energieübertrag, und die sich bildenden Lackdämpfe brennen mit einer gelblichen Flamme ab. Selbst bei einer Frequenz von 200 Hz ist der zeitliche Abstand zwischen den Pulsen noch um einen Faktor 10⁷ größer als die Puls dauer, so daß eine merkliche thermische Aufheizung des unter der zu reinigenden Oberfläche liegenden Materiales ausgeschlossen werden kann. Es kann daher problemlos die höchstmögliche Frequenz des Lasers gewählt werden, um die Bearbeitungszeiten zu reduzieren.

Untersuchungen haben gezeigt, daß insbesondere abhängig von der Pulszeit und der Pulsenergie eine vollständige Entlackung erreicht wird, wenn die für den Nd:YAG-, den TEA CO₂- oder den Excimer-Laser angegebenen Werte ge fahren werden; dabei werden eine nur teilweise Ent lackung, eine Aufrauhung der Oberfläche, deren Anschmel zung oder Oxidation vermieden.

Im Rahmen einer automatischen Prozeßkontrolle wird zur Steuerung des Laserstrahles vorgeschlagen, nach der Methode der Differenzreflektrometrie die zu reinigende Oberfläche zu überwachen bzw. abhängig davon online den Laser zu steuern.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgen den näher beschrieben.

Im ersten Ausführungsbeispiel wurde die zu reinigende Oberfläche in einer Größe von ca. 1 cm² eines Teile trägers als Fertigungseinrichtung einer Lackieranlage mit einem Laserstrahl eines TEA-CO₂ Lasers beaufschlagt.

Die Daten des TEA-CO₂ Lasers waren:

Leistung:\|75 W
Pulsenergie:	7 J/cm²
Pulsdauer:	50 ns
Höchstmögliche Frequenz:	20 Hz

Der Laserstrahl des TEA-CO₂ Lasers wurde über ein ma nuell bewegtes Gelenksystem in Form eines Auslegers mit mehreren Gelenken und mit einer Spiegeloptik mit mehre ren Spiegeln zur nahezu verlustlosen Übertragung des La serstrahles entlang dem Gelenksystem auf die Oberfläche geleitet.

Nach 30 Pulsen (entsprechend einer Zeit von 1,5 Sekun den) war die mit einem Lackauftrag von ca. 0,2 mm verun reinigte Oberfläche gereinigt bzw. der gemessene Über gangswiderstand an der Oberfläche gegen Null gesunken. Dabei hat sich aufgrund der extrem kurzen Pulsdauer (50 ns) keine Erwärmung des Teileträgers und somit keine schädliche strukturelle Beeinflussung an der gereinigten Oberfläche ergeben.

Die Anzahl der Pulse des Laserstrahls ist selbstver ständlich abhängig vom Grad der Verschmutzung der Ober fläche, von der Fokussierung des Laserstrahles und schließlich von der Leistung des Laser. Die eingestellte Leistung sollte knapp unterhalb der am Werkstück auftre tenden Plasmaschwelle liegen.

Im zweiten Ausführungsbeispiel wurde eine Oberfläche in der Größe wiederum von ca. 1 cm² eines Gehängehakens als Fertigungseinrichtung einer Lackieranlage entlackt.

Dazu wurde ein Nd:YAG Kurzpulslaser mit folgenden Daten verwendet:

Leistung:\|50 W
Pulsenergie:	3 J/cm²
Pulsdauer:	15 ns
Höchstmögliche Frequenz:	20 Hz

Der gepulste Laserstrahl wurde manuell über ein Licht leitkabel auf die zu reinigende Oberfläche übertragen.

Auf die Oberfläche wurde ferner das Licht einer Xenon lampe gestrahlt, und zwar über eine koaxiale Lichtleit faser, die in einen über die Oberfläche geführten Meß kopf mündet. Über eine weitere Lichtleitfaser wurde das im Meßkopf reflektierte Licht nach dessen Verzweigung einem Simultanspektrometer (z. B. der Handelsbezeichnung Zeiss MCS) zugeleitet und hier die spektrale Verteilung des reflektierten Lichts zwischen 300 bis 720 nm ge messen.

Die Intensitäten des reflektierten Lichtes über den Spektralbereich wurden unmittelbar bei der Laserbearbei tung aufgenommen und einem Prozeßrechner zugeführt, der bei Erreichen eines definierten Reflektionsverhaltens (entsprechend der vom Lack vollständig gereinigten Ober fläche) den Laser abschaltete. Hinsichtlich der Details zu dem Verfahren nach der Differenzreflektrometrie wird auf die auf die gleiche Anmelderin zurückgehende euro päische Patentanmeldung Nr. 4 25 917 Bezug genommen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausfüh rungsbeispiele beschränkt. Obwohl sich Kurzpulslaser als besonders vorteilhaft herausgestellt haben, könnten auch Langpulslaser und cw-Laser angewendet werden. Aus si cherheitstechnischen Gründen wäre hier eine feste Strahlführung zu bevorzugen.

Anstelle einer manuellen Bedienung des Gelenksystems oder eines Lichtleitkabels könnte auch eine roboterge steuerte Führung verwendet sein. Bei Verwendung von Kurzpulslasern ist eine automatisierte Prozeßkontrolle in Form einer automatischen Strahlunterbrechung (Diffe renzreflektrometrie) nach erfolgter Entlackung nicht zwingend erforderlich, da die Fertigungseinrichtung auch bei höheren Pulszahlen nicht merklich geschädigt wird. Eine automatische Strahlunterbrechung könnte dann z. B. auch nach einer fest vorgegebenen Pulszahl erfolgen.

Durch das Entstehen komplexer chemischer Verbindungen bei Einwirkung von Laserstrahlung auf das zu entlackende Material ist bevorzugt die Bearbeitung in einer ge schlossenen Kabine mit Absaugung vorzusehen und auch ein Atemschutz beim manuellen Arbeitseinsatz unabdingbar. Sowohl die CO₂- als auch die Nd:YAG-Laserstrahlung sind unsichtbar und damit gefährlich für die Augen, so daß nur mit Schutzbrille gearbeitet werden darf. Eine maxi male Sicherheit läßt sich durch eine vollautomatisierte Prozeßkontrolle mittels der Differenzreflektrometrie er reichen. Diese kann so ausgelegt werden, daß Laserpulse nur bei Erkennen einer lackierten Oberfläche im Fokuss punkt des Lasers ausgelöst werden, während bei Messung einer blanken Metalloberfläche bzw. eines anderen Ob jektes automatisch keine Laserbelichtung erfolgt.

Claims

1. Verfahren zum Entlacken von Teilen, insbesondere zum Entlacken farbverschmutzter Oberflächen von Fertigungseinrichtungen in Lackieranlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile mit einem Laserstrahl beaufschlagt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile mit einem gepulsten Laserstrahl be aufschlagt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Laser ein Kurzpulslaser mit einer Pulsdauer < 100 ns, insbesondere < 60 ns verwendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Laser mit seiner höchstmögli chen Frequenz betrieben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Laser ein Nd:YAG Laser ver wendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nd:YAG-Laser auf eine Pulsenergie von 3-4 J/cm² bei einer Pulszeit von 12-15 ns eingestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl mittels eines Lichtleitkabels auf die zu reinigende Oberfläche appliziert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Laser ein TEA-CO₂ Laser verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der TEA-CO₂-Laser mit einer Pulsenergie von 7-11 J/cm² bei einer Pulszeit von 50 ns betrieben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl mittels eines Gelenksystems mit einer Spiegeloptik auf die zu reinigende Oberfläche appliziert wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, dadurch ge kennzeichnet, daß als Laser ein Excimerlaser ver wendet wird, dessen Pulsenergie 0,8-1,2 J/cm² bei einer Pulszeit von 60 ns beträgt.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen einer automatischen Prozeßkontrolle der Laserstrahl nach der Methode der Differenzreflektrometrie gesteuert wird.