EP2566627B1

EP2566627B1 - Beschichtungseinrichtung mit zertropfenden beschichtungsmittelstrahlen

Info

Publication number: EP2566627B1
Application number: EP11719476.1A
Authority: EP
Inventors: Hans-Georg Fritz; Marcus Kleiner; Timo Beyl
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2018-02-28
Anticipated expiration: 2031-05-06
Also published as: JP6231596B2; US10464095B2; JP2016144805A; JP5944890B2; US9592524B2; US20170136481A1; DE102010019612A1; CN102971080A; ES2666730T3; WO2011138048A1; JP2013530816A; EP2566627A1; US20130284833A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungseinrichtung zur Beschichtung von Bauteilen mit einem Beschichtungsmittel, insbesondere zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen und/oder deren Anbauteilen (z.B. Stossfänger, Spiegelgehäuse, Stossleisten usw.) mit einem Lack. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Beschichtungsverfahren.
Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine herkömmliche Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen. Hierbei werden die zu lackierenden Kraftfahrzeugkarosseriebauteile auf einem Förderer 1 rechtwinklig zur Zeichenebene durch eine Lackierkabine 2 transportiert, in der die Kraftfahrzeugkarosseriebauteile dann von Lackierrobotern 3, 4 in herkömmlicher Weise lackiert werden. Die Lackierroboter 3, 4 weisen mehrere schwenkbare Roboterarme auf und führen über eine mehrachsige Roboterhandachse jeweils ein Applikationsgerät, wie beispielsweise einen Rotationszerstäuber, einen Luftzerstäuber oder ein sogenanntes Airless-Gerät.
Nachteilig an diesen bekannten Applikationsgeräten bzw. Applikationsverfahren ist der nicht optimale Auftragswirkungsgrad, so dass ein als Overspray bezeichneter Teil des versprühten Lacks nicht auf dem zu lackierenden Kraftfahrzeugkarosseriebauteil landet und mit der Kabinenluft aus der Lackierkabine 2 entfernt werden muss. Über der Lackierkabine 2 befindet sich deshalb ein sogenanntes Plenum 5, aus dem Luft durch eine Decke 6 der Lackierkabine 2 nach unten in Pfeilrichtung in die Lackierkabine 2 eingeleitet wird. Die Kabinenluft gelangt dann mit dem darin enthaltenen Overspray nach unten aus der Lackierkabine 2 in eine unterhalb der Lackierkabine 2 befindliche Auswaschung 7, in der der Overspray wieder aus der Kabinenluft entfernt und an Wasser gebunden wird.
Dieses Abwasser mit dem darin enthaltenen Overspray muss dann anschließend wieder in einem aufwendigen Prozess aufbereitet werden, wobei der anfallende Lackschlamm ein Sondermüll ist und entsprechend aufwendig entsorgt werden muss.
Darüber hinaus muss die Luftsinkgeschwindigkeit in der Lackierkabine 2 mindestens im Bereich von ca. 0,2-0,5m/s, um den beim Lackieren entstehenden Overspray zügig aus der Lackierkabine 2 zu entfernen.
Neuentwicklungen zielen darauf ab, die Auswaschung mit Wasser gegen eine Trockenabscheidung zu ersetzen. Dabei wird die verunreinigte Luft beispielsweise durch aufgewirbeltes Steinmehl geleitet und durch Filter gesaugt. Auch bei diesem Prozess entstehen große Mengen Abfall.
Ferner kann der beim Lackieren entstehende Overspray zeitweise und örtlich begrenzt eine explosionsfähige Atmosphäre erzeugen, so dass die einschlägigen gesetzlichen ATEX-Produktrichtlinien (ATEX: Atmosphäre explosible) beachtet werden müssen.
Zum einen verursachen die bekannten Applikationsgeräte also aufgrund ihres unbefriedigenden Auftragswirkungsgrades und des dadurch entstehenden Oversprays hohe Investitionskosten für die erforderliche Auswaschung und den nötigen Explosionsschutz.
Zum anderen sind die bekannten Applikationsgeräte aufgrund des im Betrieb entstehenden Oversprays auch mit hohen Betriebskosten durch die Lackverluste und die Entsorgungskosten zur Entsorgung des Oversprays verbunden. Weiterhin bedeutet ein hoher Lackeinsatz auch eine hohe Belastung bzw. Gefährdung der Umwelt.
Aus der US 2005/0136190 A1 ist ein Rotationszerstäuber zum Zerstäuben eines Beschichtungsmittels bekannt. Der Rotationszerstäuber weist ferner einen Überschalltrichter auf. Der Überschalltrichter dient dazu, zerstäubte Lacktröpfchen mit einer einheitlichen Größe zu versehen.
Zum Stand der Technik ist ferner hinzuweisen auf die DE 911 109 B , DE-Zeitschrift: mo 51 (1997) Heft 1, Oversprayarme Spritzlackiertechnik, S. 43 bis 45, DE 200 05 997 U1 , DE 10 2008 015 258 A1 , DE 103 27 431 A1 , DE Sch 30 3573 AZ, WO 2010/046064 A1 , DE 198 09 152 A1 , DE 37 13 156 A1 , DE 103 17 919 A1 und DE 10 2006 058562 A1 .
In Anbetracht obiger Ausführungen wird es Fachleuten anhand dieser Offenbarung ersichtlich, dass ein Bedarf an der Lösung oder Überwindung oben beschriebener Probleme oder Nachteile besteht. Diese Erfindung bezieht sich auf diesen Bedarf des Standes der Technik sowie auf andere Bedürfnisse, die Fachleuten anhand dieser Offenbarung ersichtlich werden.
Die sich aus vorstehend Genanntem ergebenden Aufgaben können mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Ausführungsformen beschränkt, die sämtliche eingangs genannten Probleme oder Nachteile des Standes der Technik beseitigen.
Gemäß der Erfindung wird eine Beschichtungseinrichtung zur Beschichtung von Bauteilen mit einem Beschichtungsmittel bereitgestellt, nämlich zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen und/oder Anbauteilen von Kraftfahrzeugen (z.B. Stossfänger, Spiegelgehäuse, Stossleisten usw.) aber auch anderen Fahrzeugen oder Fahrzeugteilen mit einem Lack. Die Beschichtungseinrichtung umfasst zumindest ein Applikationsgerät, das konfiguriert und angeordnet ist, das Beschichtungsmittel aus Beschichtungsmitteldüsen bzw. Beschichtungsmittelöffnungen auszugeben (z.B. zu applizieren auszustoßen, etc.).
Das Applikationsgerät ist konfiguriert und angeordnet, um das Beschichtungsmittel und/oder Beschichtungsmittelstrahlen mit einer Schwingung und/oder einer Instabilität zu beaufschlagen, um Beschichtungsmitteltropfen zu erzeugen bzw. das Beschichtungsmittel und/oder die Beschichtungsmittelstrahlen in Tropfen zerfallen zu lassen. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass die Beschichtungsmittelstrahlen in unterschiedlichster Ausprägung erzeugt werden.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Applikationsgerät konfiguriert und angeordnet werden, um das Beschichtungsmittel und/oder zumindest einen vorzugsweise zusammenhängenden bzw. kontinuierlichen Beschichtungsmittelstrahl mit einer Schwingung und/oder einer Instabilität zu beaufschlagen, um Beschichtungsmitteltropfen zu erzeugen bzw. (insbesondere aus der Beschichtungsmitteldüse und/oder dem Applikationsgerät) ausgegebenes Beschichtungsmittel und/oder einen (insbesondere aus der Beschichtungsmitteldüse und/oder dem Applikationsgerät) ausgegebenen, vorzugsweise zusammenhängenden bzw. kontinuierlichen Beschichtungsmittelstrahl in Tropfen zerfallen zu lassen. Somit ist es möglich, dass der Beschichtungsmittelstrahl bei und/oder vor der Ausgabe aus der Beschichtungsmitteldüse bzw. dem Applikationsgerät zusammenhängend ist und auf dem Weg zum Bauteil (insbesondere stromabwärts der Beschichtungsmitteldüse bzw. dem Applikationsgeräts) in Tropfen zerfällt.
Das Applikationsgerät kann also vorzugsweise konfiguriert und angeordnet werden, zumindest einen insbesondere kontinuierlichen bzw. zusammenhängenden Beschichtungsmittelstrahl auszugeben, der in Tropfen zerfällt. Insbesondere kann dabei der zusammenhängende Beschichtungsmittelstrahl zwischen dem Applikationsgerät, insbesondere der zumindest einen Beschichtungsmitteldüse, und dem Bauteil zerfallen bzw. zertropfen.
Bevorzugt umfasst das Applikationsgerät einen Schwingungs- und/oder Instabilitäts- und/oder Vibrationserzeuger (nachfolgend als Schwingungserzeuger bezeichnet). Ferner kann das Applikationsgerät eine Schlitz- und/oder Hohlzylinder-Düse oder eine konische Düse umfassen bzw. ein Trägerelement (z.B. eine Beschichtungsmitteldüsenplatte), das eine Vielzahl von Beschichtungsmitteldüsen (vorzugsweise in einer Ebene) umfasst. Bevorzugt ist das Applikationsgerät konfiguriert und angeordnet, um hinter bzw. stromaufwärts der zumindest einen Beschichtungsmitteldüse eine oder mehrere Beschichtungsmittelsäulen aufzuweisen.
Der Schwingungserzeuger ist insbesondere vorgesehen, die Schwingung und/oder die Instabilität zu erzeugen bzw. die Schwingung und/oder die Instabilität in das Beschichtungsmittel und/oder den Beschichtungsmittelstrahl einzukoppeln, um Beschichtungsmitteltropfen zu erzeugen und/oder um das Beschichtungsmittel bzw. den vorzugsweise zusammenhängenden Beschichtungsmittelstrahl in Tropfen zerfallen zu lassen. Es ist möglich, dass das Beschichtungsmittel und/oder der Beschichtungsmittelstrahl unmittelbar und/oder mittelbar mit der Schwingung und/oder der Instabilität beaufschlagt wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Schwingungserzeuger vorgesehen, das Applikationsgerät (z.B. das Gehäuse des Applikationsgeräts, das die zumindest eine Beschichtungsmitteldüse aufweisende Trägerelement oder andere Teile des Applikationsgeräts) zumindest abschnittsweise mit einer Schwingung und/oder einer Instabilität zu beaufschlagen bzw. darin einzukoppeln. Insbesondere kann die Beaufschlagung des Beschichtungsmittels mit der Schwingung und/oder der Instabilität vor dem Ausgeben des Beschichtungsmittels aus und/oder an der Beschichtungsmitteldüse erfolgen, während vorzugsweise der Tropfenzerfall nach dem Ausgeben des Beschichtungsmittels aus der Beschichtungsmitteldüse erfolgen kann.
Das Applikationsgerät ist, wie bereits erwähnt, insbesondere konfiguriert und angeordnet, um das Beschichtungsmittel und/oder den vorzugsweise zusammenhängenden Beschichtungsstrahl in Tropfen zerfallen zu lassen bzw. zu zertropfen, und zwar bevorzugt basierend auf der sogenannten "Rayleigh-Instabilität" oder dem sogenannten "Rayleigh-Zerfall". Der Aufbau, das Prinzip und/oder die Wirkweise einer derartigen Tropfenerzeugung ist an sich insbesondere bekannt aus dem Gebiet der Verbrennungsmotoren, wo Kraftstoff zur Bildung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches z.B. mit einer Schwingung beaufschlagt und zu einem monodispersen Zerfall angeregt werden kann. Überraschend und unerwartet wurde festgestellt, dass hiermit auch ein erhöhter Auftragungswirkungsgrad bei der Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen erzielt werden kann.
Auf vorteilhafte Weise kann das Applikationsgerät Tropfen von im Wesentlichen gleicher Größe (z.B. im Wesentlichen gleichem Durchmesser) bzw. eine im Wesentlichen diskrete oder im Wesentlichen homogene Tropfenverteilung erzeugen. Ebenso kann es vorteilhaft sein, eine Tropfengrößenverteilung bestimmter (diskreter) Tropfengrößen insbesondere vordefiniert zu erzeugen. Dabei ist es möglich, dass die Anteile der einzelnen Tropfengrößen in der Mischung auf vordefinierte Art und Weise unterschiedlich sind (z.B. 50% 30µm; je 25% 20 µm und 40 µm). Vorteilhaft ist das Applikationsgerät in der Lage, eine vordefinierte Tropfengröße und/oder eine vordefinierte Tropfen- bzw. Tropfengrößenverteilung zu erzeugen.
Bei den bekannten Rotationszerstäubern wird der Lack aufgrund von Scherkräften am Glockentellerrand, beim Luftzerstäuber aufgrund der kinetischen Energie der Luft, zerstäubt. Das Airless-Prinzip basiert auf der Zerstäubung des Lackes durch den Materialdruck. Dabei wird der Lack unter Druck gesetzt und zerstäubt an einer Düse. Konventionelle Zerstäuber zur Beschichtung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen erzeugen dadurch üblicherweise eine breite Verteilung unterschiedlicher Tropfengrößen. Meist reichen diese von wenigen µm bis zu 150µm. Der Mittelwert (d50) liegt im Allgemeinen bei 10-40 µm. Kleinere Tröpfchen werden leichter von der Kabinenluft in die Abscheidung getragen. Größere Tropfen verschlechtern die Appearance (z.B. Verlauf, Metallic-Effekt, Flop) und können sogar zu Oberflächendefekten (Stippen, Krater usw.) führen. Tropfen mit 20-40µm Durchmesser werden zudem besser elektrostatisch aufgeladen, als kleinere oder größere Tropfen.
Mittels der erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung kann z.B. eine Lackieranlage, vorzugsweise zur Automobil- und/oder Kraftfahrzeugkarosseriebauteil-Serienlackierung geschaffen werden, die vorzugsweise ohne Auswaschung und mit reduzierter Zuluftanlage auskommt. Durch die gezielte Erzeugung bestimmter Tropfendurchmesser kann der Auftragswirkungsgrad erhöht werden, d.h. es ist möglich, dass kein oder nur sehr wenig Overspray erzeugt wird, wobei außerdem gezielt Einfluss auf den Farbton, Glanz, Effekte genommen werden kann. Mittels der erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung ist es vorteilhaft möglich, dass die Zuluftanlage sehr viel kleiner dimensioniert werden kann. Die geringe auszutragende Lackmenge erfordert einen kleineren Luftaustausch in der Lackierkabine oder es kann eine sehr große Luftmenge im Umlauf benutzt werden (geringer Frischluftanteil), wodurch das Erwärmen oder Konditionieren der angesaugten Frischluft wesentlich weniger Energieeinsatz erfordert. Des Weiteren kann im besten Fall die Auswaschung komplett entfallen, wobei die Erfindung jedoch nicht auf Anlagen beschränkt ist, die überhaupt keine Auswaschung aufweisen, sondern auch Anlagen mit kleinerer dimensionierter Auswaschung umfasst.
Zur Absonderung des geringen Oversprays können einfache, kostengünstige Filter verwendet werden. Die Anlagentechnik wird sehr viel einfacher und die Unterhaltungskosten sinken. Zudem können dadurch große Mengen an Lack eingespart werden.
Abhängig von den verwendeten Lacken/Beschichtungsstoffen (wasserbasiert, lösemittelhaltig, etc.) kann auf die Anwendung der ATEX-Richtlinie verzichtet werden. Dies führt zu einer wesentlichen Erleichterung, was die Auswahl der verwendeten Komponenten angeht und somit zu einem deutlichen Kostenvorteil gegenüber den herkömmlichen Verfahren.
Ferner führt die erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung vorteilhaft dazu, dass für die Lackier-Kabinen, Förderer, Skid, Scheiben usw. ein geringerer (manueller) Reinigungsbedarf erforderlich wird. Ferner werden geringere bzw. keine Luftmengen benötig, um Overspray aus der Lackierkabine auszutragen und/oder um bei den genannten Verfahren (z.B. Rotationszerstäuber, Luftzerstäuber) den Sprühstrahl zu formen und die Luftturbine des Rotationszerstäubers zu betreiben.
Color-Matching mit Rotationszerstäubern auf Air-Vorlagen erfolgt vorwiegend durch die gezielte Veränderung des entstehenden Tropfenspektrums durch beispielsweise Drehzahländerung. Diese Veränderungen wirken sich meist negativ auf den Auftragswirkungsgrad aus was dazu führt, dass mehr Overspray als eigentlich nötig entsteht, was mit der erfindungsgemäßen Beschichtungsmitteleinrichtung ebenfalls vermieden werden kann.
Das Applikationsgerät ist konfiguriert und angeordnet, um Beschichtungsmittel, insbesondere einen vorzugsweise zusammenhängenden Beschichtungsmittelstrahl auszugeben. Bei dem Beschichtungsmittel, vorzugsweise dem Beschichtungsmittelstrahl, insbesondere dem ausgegebenen Beschichtungsmittelstrahl kann es sich z.B. um einen Voll- oder Vollzylinderstrahl, einen Flachstrahl, einen Fächerstrahl, einen Schichtstrahl, einen im Wesentlichen dreieckförmigen Strahl, einen Hohlkegel- oder Vollkegelstrahl, einen Hohlzylinderstrahl, ein Beschichtungsmittelblatt und/oder eine Beschichtungsmittellamelle handeln. Es ist auch möglich, dass das Applikationsgerät ein im Querschnitt im Wesentlichen rechteckförmiges oder pyramidenförmiges Sprühbild erzeugt. Das Beschichtungsmittel, insbesondere der Beschichtungsmittelstrahl kann also z.B. im Wesentlichen eindimensional als auch im Wesentlichen flächig ausgegeben werden.
Das Applikationsgerät kann konfiguriert und angeordnet werden, zumindest einen im Wesentlichen flächigen zusammenhängenden Beschichtungsmittelstrahl auszugeben, der zwischen Beschichtungsmitteldüse bzw. Applikationsgerät und Bauteil zunächst in im Wesentlichen eindimensionale, vorzugsweise zusammenhängende Beschichtungsmittelstrahlen zerfällt. Diese eindimensionalen, vorzugsweise zusammenhängenden Beschichtungsmittelstrahlen können dann ebenfalls zwischen Beschichtungsmitteldüse bzw. Applikationsgerät und Bauteil in Tropfen zerfallen.
Das Applikationsgerät kann konfiguriert und angeordnet werden, um die Schwingung und/oder die Instabilität mittelbar in das Beschichtungsmittel und/oder den Beschichtungsmittelstrahl einzukoppeln, z.B. über das Gehäuse des Applikationsgeräts und/oder über das die Beschichtungsmitteldüse aufweisende Trägerelement und/oder über die Beschichtungsmitteldüse. Zu diesem Zweck kann z.B. ein Schwingungserzeuger, Oszillator, etc. vorzugsweise außen mit dem Gehäuse des Applikationsgeräts und/oder dem die Beschichtungsmitteldüse aufweisenden Trägerelement verbunden werden oder daran befestigt werden. Vorzugsweise ist es also möglich, dass sich bei der mittelbaren Beaufschlagung die Schwingung und/oder die Instabilität vom Schwingungserzeuger über andere Teile des Applikationsgeräts zu dem Beschichtungsmittel und/oder dem Beschichtungsmittelstrahl fortpflanzt. Ebenso ist es möglich, dass sich die aufgebrachte Schwingung und/oder Instabilität axial und/oder radial entlang dem Applikationsgerät fortpflanzt.
Es ist aber auch möglich, dass das Applikationsgerät konfiguriert und angeordnet wird, um die Schwingung und/oder die Instabilität im Wesentlichen unmittelbar in das Beschichtungsmittel und/oder den Beschichtungsmittelstrahl einzukoppeln, z.B. mittels Schalls, Ultraschalls, eines Piezo-Elements, direkter mechanischer bzw. physischer Beaufschlagung, z.B. physischer Kontaktierung des Beschichtungsmittels und/oder des Beschichtungsmittelstrahls. Zu diesem Zweck kann das Applikationsgerät z.B. einen Schall-/Ultraschallerzeuger, eine Piezo-Element-Anordnung, eine mechanische Beschichtungsmittel-Beaufschlagungseinrichtung, etc. umfassen.
Insbesondere kann das Beschichtungsmittel und/oder der Beschichtungsmittelstrahl vorzugsweise überwiegend kontinuierlich (vorzugsweise "überwiegend" deshalb, weil z.B. die Hauptnadel gelegentlich schließt) durch die Beschichtungsmitteldüsen gefördert und/oder aus den Beschichtungsmitteldüsen ausgegeben werden. Bevorzugt wird das Beschichtungsmittel und/oder der Beschichtungsmittelstrahl mittels Druck oder einem Dosiersystem gefördert.
Bevorzugt ist das Applikationsgerät konfiguriert und angeordnet, um Tropfen von im Wesentlichen gleicher Größe und/oder von im Wesentlichen gleichem Durchmesser zu erzeugen und um eine im Wesentlichen diskrete oder im Wesentlichen homogene Tropfenverteilung zu erzeugen. Insbesondere können Tropfen mit Tropfendurchmessern erzeugt werden von größer ungefähr 10 µm, 30 µm, 50 µm, 70 µm, 90 µm, 110 µm, 130 µm oder 150 µm und/oder von kleiner ungefähr 20 µm, 40 µm, 60 µm, 80 µm, 100 µm, 120 µm, 140 µm oder 160 µm.
Es ist möglich, dass die Beschichtungsmitteldüsen im Wesentlichen kreisförmig (z.B. eine Runddüse), ellipsenförmig, schlitzförmig und/oder im Wesentlichen kreisschlitzförmig ausgebildet sind. Die Beschichtungsmitteldüsen können Flachstrahl-, Hohlkegel-, Vollkegel- oder Vollstrahl-Düsen oder Konus-Düsen umfassen.
Das Applikationsgerät hat erfindungsgemäß eine Vielzahl von Beschichtungsmitteldüsen, die gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein können, z.B. betreffend den Durchmesser, die Schlitzbreite, die Form bzw. Ausbildung der Düsen, etc. Bevorzugt hat die Beschichtungsmitteldüse einen Durchmesser und/oder eine Schlitzbreite von zwischen ungefähr 5 µm bis 300 µm, zwischen ungefähr 10 µm bis 150 µm oder zwischen ungefähr 10 µm bis 80 µm.
Die unterschiedlich großen Beschichtungsmitteldüsen können z.B. gleichmäßig verteilt sein oder in bestimmten Bereichen oder Formen gruppiert sein.
Das Applikationsgerät kann zumindest eine Beschichtungsmitteldüsenanordnung (bzw. ein Düsenfeld, Düsenreihe, etc.) umfassen, an dem eine Vielzahl von Beschichtungsmitteldüsen angeordnet ist. Es ist möglich, dass eine Beschichtungsmitteldüsenanordnung Beschichtungsmitteldüsen mit gleicher oder unterschiedler Ausbildung aufweist.
Es ist aber auch möglich, dass das Applikationsgerät zumindest zwei Beschichtungsmitteldüsenanordnungen mit jeweils einer Vielzahl von Beschichtungsmitteldüsen umfasst. Bevorzugt sind zumindest zwei Beschichtungsmitteldüsenanordnungen bereitgestellt, die unabhängig voneinander angesteuert und/oder unabhängig voneinander mit z.B. unterschiedlichem Beschichtungsmittel oder allgemein unterschiedlichen Medien oder Fluiden versorgt werden können. So kann vorzugsweise die eine Beschichtungsmitteldüsenanordnungen z.B. mit einer bestimmten Farbe, einem bestimmten Lack oder allgemein einem bestimmten Beschichtungsmittel versorgt werden, wohingegen die andere Beschichtungsmitteldüsenanordnung z.B. mit einer anderen Farbe, einem anderen Lack oder allgemein einem anderen Beschichtungsmittel versorgt werden kann. Ferner können zumindest zwei Beschichtungsmitteldüsenanordnungen in unterschiedlichen Ebenen bereitgestellt sein, die z.B. parallel oder sich schneidend angeordnet sein können. Es ist möglich, dass zumindest zwei Beschichtungsmitteldüsenanordnungen eine zum Bauteil im Wesentlichen komplementäre Form aufweisen, um zu ermöglichen, dass das Bauteil ohne Umorientierung des Applikationsgeräts beschichtet werden kann. Ferner können die zumindest zwei Beschichtungsmitteldüsenanordnungen relativ zueinander in zumindest einer oder mehrerer Achsen schwenkbar sein, was vorteilhaft zu einer größeren Flexibilität führt. Es ist auch möglich, dass das Applikationsgerät zumindest zwei Beschichtungsmitteldüsenanordnungen umfasst, die unabhängig voneinander angesteuert und/oder abhängig voneinander mit Beschichtungsmittel versorgt werden können, wobei es ebenso möglich ist, zumindest zwei Beschichtungsmitteldüsenanordnungen vorzusehen, die abhängig voneinander angesteuert und/oder unabhängig voneinander mit Beschichtungsmittel versorgt werden können.
Das Applikationsgerät kann ferner zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei unabhängig voneinander ansteuerbare bzw. einstellbare (z.B. steuerbar oder regelbar) Beschichtungsmitteldüsenanordnungen umfassen, wobei beispielsweise die äußeren Beschichtungsmitteldüsenanordnungen zur Erzeugung einer überlappungsoptimierten Schichtdickenverteilung konfiguriert und angeordnet sind und die innere Beschichtungsmitteldüsenanordnung zur Erzeugung einer im Wesentlichen homogenen Schichtdickenverteilung konfiguriert und angeordnet ist, beispielsweise, indem die äußeren Beschichtungsmitteldüsen weniger Beschichtungsmittel abgeben als die inneren Beschichtungsmitteldüsen, was zu einer entsprechenden Schichtdickenverteilung quer zur Bahnrichtung führt. Es ist auch möglich, dass die Beschichtungsmitteldüsen zumindest einer Beschichtungsmitteldüsenanordnung so angeordnet sind (z.B. im Wesentlichen gaußkurvenförmig bzw. über die Fläche unter der Gaußkurve verteilt, trapezförmig, rechteckförmig und/oder dreieckeckförmig), dass eine gewünschte Schichtdickenverteilung erzielt wird, wobei beispielsweise die äußeren Beschichtungsmitteldüsen zur Erzeugung einer überlappungsoptimierten Schichtdickenverteilung konfiguriert und angeordnet sind (z.B. dreieckförmig) und die inneren Beschichtungsmitteldüsen (z.B. rechteckförmig) zur Erzeugung einer im Wesentlichen homogenen Schichtdickenverteilung konfiguriert und angeordnet sind, wodurch vorteilhaft und auf einfache Art und Weise ermöglicht wird, dass die äußeren Beschichtungsmitteldüsen weniger Beschichtungsmittel abgeben als die inneren Beschichtungsmitteldüsen. Es besteht die Möglichkeit, dass die Schichtdickenverteilung eine Gauß'sche Normalverteilung aufweist. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die von den einzelnen Beschichtungsmitteldüsen abgegebene Beschichtungsmittelmenge so gewählt ist, dass die Schichtdickenverteilung eine trapezförmige Verteilung aufweist. Eine derartige trapezförmige Schichtdickenverteilung ist vorteilhaft, weil die benachbarten Beschichtungsmittelbahnen einander so überlappen können, dass die Überlagerung der trapezförmigen Schichtdickenverteilungen der benachbarten Beschichtungsmittelbahnen zu einer konstanten Schichtdicke führt. Ferner ist es möglich, dass beispielsweise eine oder mehrere Beschichtungsmitteldüsenanordnungen, insbesondere eine äußere Beschichtungsmitteldüsenanordnung an- und/oder abgeschaltet werden kann, z.B. um ein randscharfes Beschichten zu ermöglichen. Es ist auch möglich, einer vorzugsweise äußeren Beschichtungsmitteldüsenanordnung weniger Beschichtungsmittel zuzuführen als einer anderen Beschichtungsmitteldüsenanordnung.
Vorteilhaft kann das Applikationsgerät somit sowohl eines der vorzugsweise äußeren Felder abschalten und randscharf lackieren, als auch auf einer großen Fläche mit der vorherigen und der folgenden Lackbahn überlappen.
Es ist möglich, dass der Beschichtungsmitteldruck und/oder der Dosierdruck, mit dem das Beschichtungsmittel dem Applikationsgerät und/oder dem Bauteil zugeführt wird, einstellbar ist (z.B. steuerbar oder regelbar), wodurch vorteilhaft z.B. die Größe der Beschichtungsmitteltropfen beeinflussbar ist.
Dies kann gezielt dazu eingesetzt werden, um bestimmte Eigenschaften des Lackfilms (z.B. Appearance, Feuchtegehalt) zu erzielen. Der Lackdruck kann durch geeignete zugeordnete Komponenten verändert und geregelt werden. Die Veränderung kann abhängig von dem applizierten Beschichtungsmittel sein (z.B. verschiedene Lacke oder Farbtöne). Sie kann aber auch auf ein und demselben Bauteil an unterschiedlichen Stellen unterschiedlich sein. Dadurch kann zum Beispiel "nass" oder "trocken" lackiert werden.
Vorzugsweise kann zumindest einer der folgenden Parameter einstellbar (z.B. steuerbar oder regelbar) sein: Ausstoß- bzw. Ausgabegeschwindigkeit des Beschichtungsmittels, Lackierabstand zwischen Beschichtungsmitteldüse und Bauteil, Beschichtungsmitteldruck und/oder Dosierdruck, Ausmaß bzw. Stärke der Schwingung und/oder Instabilität, insbesondere Amplitude der Schwingung und/oder der Instabilität, Frequenz der Schwingung und/oder der Instabilität, z.B. um die Tropfengröße und/oder die Tropfenbildung oder die Tropfenverteilung steuern bzw. regeln zu können. Dadurch kann eine verbesserte Appearance, ein verbesserter Farbton, verbesserte Effekte und/oder eine verbesserte Performance (Glanzgrad, Wellenlänge usw.) erreicht werden, da beschichtungsmittelspezifisch und/oder bauteilspezifisch vorzugsweise die Tropfengröße optimal auf die Anforderung variiert werden kann. Ferner ist dabei vorteilhaft, dass die Tropfengröße und/oder die Tropfenverteilung gesteuert bzw. geregelt werden kann, obwohl jede einzelne Beschichtungsmitteldüse einen konstanten Durchmesser aufweist.
Vorzugsweise ist das Applikationsgerät so konfiguriert und angeordnet, dass sich auf dem Weg zum Bauteil bzw. zwischen Beschichtungsmitteldüse und Bauteil die Beschichtungsmitteltropfen eines Beschichtungsmittelstrahls nicht miteinander vereinen. Ferner ist es möglich, dass sich auf dem Weg zum Bauteil das Beschichtungsmittel (bzw. die Beschichtungsmitteltropfen) aus einer Beschichtungsmitteldüse nicht mit dem Beschichtungsmittel (bzw. den Beschichtungsmitteltropfen) aus einer anderen Beschichtungsmitteldüse vereint bzw. sich die Beschichtungsmitteltropfen aus einem ersten Beschichtungsmittelstrahl nicht mit den Beschichtungsmitteltropfen aus einem zweiten Beschichtungsmittelstrahl vereinen. Dies kann beispielsweise erzielt werden, indem die Ausstoßgeschwindigkeit der Beschichtungsmitteltropfen, die Größe der Beschichtungsmitteltropfen, der Abstand der Beschichtungsmitteldüsen zueinander und/oder der Lackierabstand zwischen Beschichtungsmitteldüse und Bauteil aufeinander abgestimmt werden. Insbesondere ist es möglich, dass ein Flüssigkeitsblatt bzw. eine Flüssigkeitslamelle (z.B. ausgebildet durch eine Schlitzdüse oder Hohlzylinderdüse) unter Einfluss der Schwingung in Beschichtungsmitteltropfen zerfällt, wobei sich die Beschichtungsmitteltropfen auf dem Weg zum Bauteil nicht vereinen.
Vorzugsweise ist die Beschichtungsmitteldüse und/oder die Beschichtungsmitteldüsenanordnung an einem Trägerelement (z.B. einer Beschichtungsmitteldüsenplatte) bzw. einem Applikatorkopf angeordnet. Das Trägerelement ist vorzugsweise mittels einer Schnellwechselvorrichtung auswechselbar an dem Applikationsgerät befestigt. Dadurch wird z.B. ermöglicht, innerhalb eines "Taktes" ein Trägerelement für kleinere Lackierflächen (z.B. Türeinstiege) als auch ein Trägerelement für größere Lackierflächen einzusetzen, was besonders vorteilhaft ist, wenn die Beschichtungseinrichtung in einer Anlage nach dem Boxenkonzept eingesetzt wird. Das Trägerelement kann an sich auf unterschiedliche Art und Weise ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Trägerelement aber so konfiguriert und angeordnet, dass die Schwingung und/oder die Instabilität im Wesentlichen gleichmäßig auf das Trägerelement übertragen werden kann. Das Trägerelement kann z.B. platten- und/oder blendenförmig ausgebildet sein, aber auch andere Ausgestaltungsformen aufweisen.
Es ist möglich, dass die Schwingung und/oder die Instabilität in Form einer stehenden Welle vom Schwingungserzeuger zu dem Trägerelement läuft.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Applikationsgerät konfiguriert und angeordnet, unterschiedliche Schwingungen und/oder Instabilitäten einstellbar (z.B. steuerbar oder regelbar) zu erzeugen. Es ist also möglich, dass z.B. in Abhängigkeit des Beschichtungsmittels, in Abhängigkeit des jeweiligen Bauteils oder aber in Abhängigkeit unterschiedlicher zu beschichtender Abschnitte des Bauteils entsprechend angepasste unterschiedliche Schwingungen und/oder Instabilitäten erzeugt werden.
Das Applikationsgerät kann ferner vorzugsweise so ausgebildet und angeordnet werden, dass es z.B. für eine unterschiedliche Anzahl Beschichtungsmitteldüsen oder an unterschiedliche Produkt-Parameter (Fließgeschwindigkeit, Durchsatzmenge, Viskosität, Oberflächenspannung) angepasst werden kann.
Es ist möglich, dass ein vorzugsweise mehrachsiger Beschichtungsroboter (z.B. umfassend eine Handachse), eine Dachmaschine und/oder eine Seitenmaschine konfiguriert und angeordnet ist, um das Applikationsgerät relativ zum Bauteil zu bewegen. Es ist auch möglich, dass ein vorzugsweise mehrachsiger Handhabungsroboter (z.B. umfassend eine Handachse) und/oder ein Förderweg konfiguriert und angeordnet ist, um das Bauteil relativ zum Applikationsgerät zu bewegen. Es ist auch möglich, dass sowohl das Bauteil z.B. mittels des Handhabungsroboters als auch das Applikationsgerät z.B. mittels des Beschichtungsroboters während des Beschichtungsvorgangs relativ zueinander bewegt werden. Es ist also möglich, dass das Applikationsgerät um eine oder mehrere Drehachsen drehbar gelagert ist und sich während der Beschichtung oder zwischen aufeinander folgenden Beschichtungsvorgängen um die eine oder die mehreren Drehachsen drehen kann.
Die Beschichtungseinrichtung kann zumindest eines der folgenden Teile umfassen und/oder das Applikationsgerät kann mit zumindest einem der folgenden Teile in Wirkverbindung stehen oder in Wirkverbindung bringbar sein: zumindest eine Dosierpumpe, zumindest ein Kolbendosierer, zumindest ein Farbwechsler (z.B. ein Andockfarbwechsler) und/oder zumindest ein Mischer für Zwei- oder Mehr-Komponenten-Lacke (Lack- und Härter-Komponente oder allgemein verschiedene Beschichtungsmittel). Der zumindest eine Farbwechsler kann im Applikationsgerät untergebracht sein (z.B. als Integrated Colour Changer) oder stromaufwärts dem Applikationsgerät als vorzugsweise separates Teil vorgeschaltet sein.
Vorzugsweise kann zumindest eine Hüllstromdüse bereitgestellt werden, die vorgesehen ist, einen Hüllstrom aus Luft oder einem anderen Gas abzugeben, mit dem das abgegebene Beschichtungsmittel umhüllt werden kann. Es ist auch möglich, zumindest eine Lenkstromdüse bereitzustellen, die vorgesehen ist, einen Lenkstrom aus Luft oder einem anderen Gas abzugeben, um das abgegebene Beschichtungsmittel zu formen. Ferner kann zumindest eine Funktionsöffnung bzw. Funktionsdüse bereitgestellt werden, die vorgesehen ist, einen Luft- oder Fluidstrom oder ein anderes Medium abzugeben, z.B. um das abgegebene Beschichtungsmittel zu beeinflussen, vorzugsweise zu trocknen und/oder zu erwärmen. Es ist aber auch möglich, dass das aus der Hüll- oder Lenkstromdüse abgegebene Gas zur Erwärmung und/oder Trocknung genutzt wird.
Das Applikationsgerät kann z.B. mehrere Hüllstrom-/ Funktions- und/oder Lenkluftstromdüsen aufweisen, die sich entlang zumindest einer, vorzugsweise aller Seiten der einen oder der mehreren Beschichtungsmitteldüsen bzw. Beschichtungsmitteldüsenanordnungen erstrecken können, um das abgegebene Beschichtungsmittel zu beeinflussen. Dabei können die Hüllstrom-/ Funktions- und/oder Lenkluftstromdüsen im Wesentlichen geradlinig ausgerichtet sein. Insbesondere kann das Applikationsgerät mehrere Hüllstrom-/ Funktions- und/oder Lenkluftstromdüsen aufweisen, die in einem oder mehreren Ringen oder Teilringen um die eine oder die mehreren Beschichtungsmitteldüsen bzw. Beschichtungsmitteldüsenanordnungen angeordnet sind. Die Ringe bzw. Teilringe können unterschiedliche oder im Wesentlichen gleiche Durchmesser aufweisen.
Es ist möglich, die Hüllstrom-/ Funktions- und/oder Lenkluftstromdüsen an dem erfindungsgemäßen Applikationsgerät insbesondere auszubilden und/oder anzuordnen und/oder zu betreiben, wie offenbart in den Dokumenten DE 10 2007 006 547 , EP 1 331 037 A2 , WO 2008/061584 A1 , EP 1 764 157 A2 , WO 2008/068005 A1 , WO 2008/095657 A1 und/oder WO 2009/149950 A1 .
Es ist möglich, dass das Applikationsgerät mehrere Schwingungserzeuger umfasst, z.B. einen ersten Schwingungserzeuger, der konfiguriert und angeordnet ist, um das Beschichtungsmittel für zumindest eine Beschichtungsmitteldüse und/oder Beschichtungsmitteldüsenanordnung zu beaufschlagen, und einen anderen zweiten Schwingungserzeuger, der konfiguriert und angeordnet ist, um das Beschichtungsmittel für zumindest eine andere Beschichtungsmitteldüse und/oder Beschichtungsmitteldüsenanordnung zu beaufschlagen. Beispielsweise kann dies erforderlich sein, wenn eine Lackbasis und Metallic-Flakes beschichtet werden sollen. Dazu kann die Lackbasis z.B. von den Metallic-Flakes im Applikationsgerät mittels eine Spaltfilters getrennt werden. Bevorzugt wird dabei die Lackbasis ohne Flakes über Beschichtungsmitteldüsen mit kleinerem Durchmesser und die Metallic-Flakes über Beschichtungsmitteldüsen mit größerem Durchmesser (so bemessen, dass die Metallic-Flakes hindurchpassen) appliziert, was jedoch nicht unbedingt erforderlich ist, da insbesondere nur sichergestellt werden sollte, dass die Flake-Konzentration in der Deckschicht höher ist. Die Applikationsparameter werden dabei auf bekannte Art und so vorzugsweise so gewählt, dass die Flakes sich überwiegend parallel zur Oberfläche ausrichten und/oder einen guten Flop erzeugen.
Bevorzugt ist der Durchmesser der Beschichtungsmitteldüse, die vorgesehen ist zur Applizierung von Flakes oder anderer fester Lackpartikel, so bemessen, dass die Flakes oder die anderen festen Lackpartikel sicher bzw. funktionsgerecht durch die Beschichtungsmitteldüse geleitet werden können. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Beschichtungsmitteldüse mindestens so groß wie der maximale Flake-Durchmesser eines Metallic-Basislacks, insbesondere doppelt oder sogar dreifach so groß wie der maximale Flake-Durchmesser bzw. der maximale Durchmesser der festen Lackpartikel.
Das Beschichtungsmittel kann ein Lack sein, insbesondere ein Basislack, Klarlack, ein Effektlack, ein Mica-Lack, ein Metalliclack, ein wasserbassierter Lack, ein lösemittelbasierter Lack und/oder ein Zwei- oder Mehr-Komponenten-Lack. Beispielsweise ist das Beschichtungsmittel ein Lack, der flüssig ist und feste Lackpartikel enthält, insbesondere Pigmente, Metallic-Flakes oder Metall-Partikel. Dabei ist insbesondere erforderlich, dass die Beschichtungsmitteldüse so bemessen ist, dass Lack insbesondere mit den darin befindlichen festen Lackpartikeln applizierbar ist. Die festen Lackpartikel können eine Partikelgröße von größer als ungefähr 4 µm, 5 µm oder 6 µm aufweisen.
Das Applikationsgerät kann eine Flächenbeschichtungsleistung von mindestens 1m²/min, 2m²/min, 3m²/min oder 4m²/min oder 5m²/min aufweisen und/oder vorzugsweise eine Beschichtungsmittelschichtdicke von mindestens 3 µm, 8 µm, 15 µm, 25 µm, 50 µm, 75 µm, 100 µm oder mehr applizieren (Basislack und Primer werden z.B. mit bis zu ungefähr 25µm appliziert, wohingegen z.B. Klarlack meist bis zu ungefähr 50µm appliziert wird).
Ferner ist es möglich, dass das Applikationsgerät einen Beschichtungsmittelausstoß von mindestens 50 ml/min, 100 ml/min, 150 ml/min, 200 ml/min, 300 ml/min, 400 ml/min oder 500 ml/min bis hin zu 1000 ml/min, bis 1500 ml/min oder sogar darüber hinaus erzeugen kann.
Dem Applikationsgerät kann mindestens ein Farbwechsler (oder mehrere Farbwechsler) zugeordnet werden, der ausgangsseitig mit dem Applikationsgerät verbunden ist und eingangsseitig mit verschiedenen Beschichtungsmitteln versorgt wird, so dass der Farbwechsler eines der Beschichtungsmittel auswählen und das Applikationsgerät mit dem ausgewählten Beschichtungsmittel speisen kann. Ferner ist es möglich, dass der Farbwechsler eingangsseitig mit verschiedenen Sonderlacken oder Beschichtungsmitteln versorgt wird. Es ist auch möglich, dass der Farbwechsler eingangsseitig mit einem Mischer verbunden ist, um von diesem mit Beschichtungsmittel (z.B. Zwei- oder Mehr-Komponenten-Lacke) versorgt zu werden. Zwischen dem Farbwechsler und dem Applikationsgerät kann eine Rückführleitung abzweigen. Es ist auch möglich, dass der Farbwechsler ausgangsseitig mit einem Mischer verbunden ist.
Das Applikationsgerät kann mehrere Beschichtungsmitteldüsen aufweisen, die in einer oder mehreren Düsenreihen angeordnet sind, insbesondere matrixförmig in Zeilen und Spalten. Ferner ist es möglich, dass die Beschichtungsmitteldüsen der verschiedenen Düsenreihen gemeinsam von einem Farbwechsler gespeist werden, wobei z.B. der Farbwechsler eingangsseitig an mehrere Beschichtungsmittelzuleitungen (z.B. Sonderfarbzuleitungen) angeschlossen ist, durch die dem Farbwechsler Beschichtungsmittel (z.B. Sonderlacke) zugeführt werden. Ferner kann der Farbwechsler eingangsseitig an einen Mischer angeschlossen werden, der mit verschiedenen Beschichtungsmitteln (z.B. Zwei- oder Mehr-Komponenten-Lack) speisbar ist. Dabei kann der Farbwechsler vorzugsweise wahlweise eines der Beschichtungsmittel aus einer der Beschichtungsmittelzuleitungen oder das von dem Mischer gemischte Beschichtungsmittel auswählen und den Beschichtungsmitteldüsen zuführen.
Bevorzugt kann das Applikationsgerät mehrere (gleiche oder unterschiedliche) Beschichtungsmitteldüsen aufweisen, die in zumindest einer, vorzugsweise mehrerer Düsenreihen angeordnet sein können, insbesondere matrixförmig in Zeilen und Spalten, wobei jede Düsenreihe mehrere Beschichtungsmitteldüsen umfassen kann. Die Beschichtungsmitteldüsen bzw. die Düsenreihen können z.B. "auf Lücke" bzw. versetzt zueinander angeordnet werden, so dass sich die Beschichtungsmitteltropfen auf dem Bauteil vorzugsweise gleichmäßig(er) überlappen. Dabei ist es möglich, dass die Beschichtungsmitteldüsen der verschiedenen Düsenreihen gemeinsam mit einer Beschichtungsmittelzuleitung verbunden sind, über die das zu applizierende Beschichtungsmittel zugeführt werden kann. Ferner ist es möglich, dass die gemeinsame Beschichtungsmittelzuleitung von einem Farbwechsler auch Andockfarbwechsler (rotatorisch oder linear) und/oder einem Mischer gespeist wird.
Es kann ein Applikationsgerät vorgesehen werden, das direkt von einem Farbwechsler und direkt von mehreren Beschichtungsmittelzuleitungen speisbar ist. Es können auch mehrere Applikationsgeräte vorgesehen werden, die gemeinsam von mehreren Beschichtungsmittelzuleitungen direkt speisbar sind und/oder gemeinsam von einem Farbwechsler speisbar sind. Auch ist es möglich, dass mehrere Applikationsgeräte und/oder Beschichtungsmitteldüsenanordnungen vorgesehen sind, die von mehreren getrennten Beschichtungsmittelzuleitungen, denen jeweils ein Farbwechsler zugeordnet ist, speisbar sind. Es kann ferner ein Applikationsgerät und/oder eine Beschichtungsmitteldüsenanordnung vorgesehen werden, das/die von mehreren getrennten Beschichtungsmittelzuleitungen, denen jeweils ein Farbwechsler zugeordnet ist, speisbar ist. Ferner ist es möglich, dass zumindest ein Applikationsgerät und/oder eine Beschichtungsmitteldüsenanordnung von zumindest einer, vorzugsweise einer Vielzahl von Beschichtungsmittelzuleitungen, denen vorzugsweise jeweils eine Dosiereinrichtung (z.B. eine Dosierpumpe) zugeordnet ist, direkt speisbar ist. Ferner kann das Applikationsgerät eine integrierte Umschalteinrichtung umfassen, um einzustellen, von welcher der mehreren Beschichtungsmittelzuleitungen und/oder von welchem der mehreren Farbwechsler das Beschichtungsmittel ausgegeben wird.
Es ist möglich, dass die mit dem Beschichtungsmittel in Kontakt kommenden Oberflächenbereiche, insbesondere die inneren Oberflächenbereiche des Applikationsgeräts und/oder der Beschichtungsmitteldüsen mindestens teilweise versehen sind mit einer verschleißmindernden, vorzugsweise abrasionsbeständigen Beschichtung, insbesondere mit einer DLC-Beschichtung (DLC: Diamond-like Carbon), einer Diamantbeschichtung, einem Hartmetall oder einer Materialkombination aus einem harten und einem weichen Material, mit einer PVD-Beschichtung (PVD: Physical Vapour Deposition), mit einer Easy-To-Clean-Beschichtung, und/oder mit einer strömungsgünstigen Struktur, insbesondere einer Haifischhautstruktur oder einer Riplet- oder Golfball-Struktur.
Die Beschichtungseinrichtung kann z.B. ein System zur elektrostatischen Beschichtungsmittelaufladung vorzugsweise mit Hochspannung umfassen, insbesondere zur Außenaufladung mittels einer oder mehreren Außenelektroden (z.B. mehrere Fingerelektroden oder ein Elektrodenring, der mehrere Elektroden umfasst, wobei die Elektroden vorzugsweise gleichmäßig um das Applikationsgerät herum angeordnet sind) und/oder zur Direkt- bzw. Innenaufladung mittels einer oder mehreren Kontakt- bzw. Innenelektroden. Die Elektroden sind vorzugsweise Hochspannungselektroden. Die Außenaufladung und die Innenaufladung sind aus dem Stand der Technik bei Rotationszerstäubern bekannt. Das Beschichtungsmittelaufladungssystem ist konfiguriert und angeordnet, um eine verbesserte Abscheidung und/oder eine verbesserte Beschichtungsmittelausbeute und/oder einen verbesserten Auftragswirkungsgrad zu erzielen.
Ferner kann eine Druckluftunterstützung zur Verbesserung des Auftragswirkungsgrads des Applikationsgeräts vorgesehen sein, die einstellbar (z.B. steuerbar oder regelbar) sein kann.
Die Beschichtungsmitteldüsen können unterschiedlich groß und/oder unterschiedlich geformt sein, z.B. zylinder- bzw. kreisförmig oder rechteckförmig, verjüngend und/oder aufweitend, (z.B. konisch) verjüngend mit im Wesentlichen konstantem Auslas (z.B. zylinderförmigem Auslass), (z.B. konisch) aufweitend mit im Wesentlichem konstantem Einlass (z.B. zylinderförmigem Einlass) und/oder als Laval- oder VenturiDüse. Ferner kann die Beschichtungsmitteldüse eine oder mehrere Ausbauchungen bzw. Kammern umfassen, die miteinander verbunden sind. Es können Runddüsen oder Schlitzdüsen vorgesehen werden.
Es ist möglich, dass der Farbwechsler und/oder das Applikationsgerät, insbesondere die das Beschichtungsmittel führenden oder enthaltenden Teile (z.B. Leitungen) mit Spül-/Lösemittel und/oder Pulsluft zur Reinigung beaufschlagbar sind. Zu diesem Zweck kann die Beschichtungseinrichtung ein Spül-/Lösemittelleitungssystem und/oder eine Pulsluftleitungssystem mit entsprechenden Ventilen umfassen.
Die beschichtungsmittelberührten Bereiche und/oder die entsprechenden Oberflächen sind vorzugsweise so gestaltet, dass z.B. ein schneller Farbwechsel oder Mediumswechsel durchgeführt werden kann, wobei z.B. kleine Volumina, glatte Oberflächen, keine Hinterschneidungen, leichte Spülbarkeit, etc. zu gewährleisten sind.
Das Befüllen und Spülen kann durch einen Bypass (Entlüftungsöffnung, Rückführung) beschleunigt werden. Zusätzlich kann an diese Öffnung eine Vakuumquelle angeschlossen werden. Es ist somit möglich, dass das Spül-/Lösemittel und/oder die Pulsluft (vorzugsweise samt Schmutzlack) aus der Beschichtungsmitteldüse ausgestoßen wird, oder aber über eine Rückführleitung über einen anderen Ausgang entsorgt werden kann oder sowohl als auch, nämlich vorzugsweise zuerst die Hauptmenge des Lacks mit Lösemittel über die Rückführung, dann zur Beschichtungsmitteldüsenreinigung Lösemittel/Pulsluft auch über die Beschichtungsmitteldüsen.
Das Applikationsgerät kann mit einer Vielzahl, vorzugsweise mit allen im Lackierbereich bekannten und eingesetzten Komponenten verknüpft werden, wie zum Beispiel Dosierpumpen, Kolbendosierern, Farbwechslern, Andockfarbwechslern, statischen Mischern (z.B. für Zwei- oder Mehr-Komponenten-Systeme oder allgemein Beschichtungsmittel), Lenk- oder Hüllgassystemen, 1-Kreis- und 2-Kreissystemen mit Umschaltventilen und vorzugsweise über separate Regler ansteuerbar, Robotern, etc..
Ferner ist es möglich, eine Potentialtrennung bzw. eine Isolation für das Applikationsgerät, insbesondere den Schwingungserzeuger bereitzustellen.
Ferner ist es möglich, dass die Beschichtungseinrichtung eine Temperiereinrichtung umfasst zum Temperieren des Beschichtungsmittels und/oder des Spül-/Lösemittels oder aber des Lenk- und/oder Hüllstroms.
Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Beschichtungsverfahren zur Beschichtung von Bauteilen mit einem Beschichtungsmittel, nämlich zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen und/oder deren Anbauteilen (z.B. Stossfänger, Spiegelgehäuse, Stossleisten usw.) aber auch anderen Fahrzeugen oder Fahrzeugteilen mit einem Lack, vorzugsweise mit einer Beschichtungseinrichtung wie hierin beschrieben, wobei zumindest ein Applikationsgerät das Beschichtungsmittel aus Beschichtungsmitteldüsen ausgibt (z.B. ausstößt, appliziert, etc.).
Insbesondere kann das Applikationsgerät das Beschichtungsmittel und/oder Beschichtungsmittelstrahlen mit einer Schwingung und/oder einer Instabilität beaufschlagen, um Beschichtungsmitteltropfen zu erzeugen bzw. die Beschichtungsmittelstrahlen in Tropfen zerfallen zu lassen.
Vorzugsweise kann das Applikationsgerät das Beschichtungsmittel und/oder zumindest einen vorzugsweise kontinuierlichen bzw. zusammenhängenden Beschichtungsmittelstrahl mit einer Schwingung und/oder einer Instabilität beaufschlagen, um Beschichtungsmitteltropfen zu erzeugen bzw. ausgegebenes Beschichtungsmittel und/oder einen ausgegebenen, vorzugsweise kontinuierlichen bzw. zusammenhängenden Beschichtungsmittelstrahl in Tropfen zerfallen zu lassen.
Weitere Verfahrensschritte ergeben sich unmittelbar aus der vorliegenden Offenbarung der Beschichtungseinrichtung, insbesondere aus der Funktionalität der Beschichtungseinrichtung.
Es ist möglich, dass die Schwingung und/oder die Instabilität z.B. erzeugt wird mit einer Vorrichtung wie in DE 10 2006 012 389 A1 beschrieben, insbesondere also mittels einer konzentrischen Anordnung von mindestens zwei Ringspaltteilen, zwischen denen mindestens ein Ringspalt ausgebildet ist und einer Antriebseinrichtung, mit der am mindestens einen Ringspalt mindestens eine umlaufende Verengung erzeugbar ist. Dabei kann die Antriebseinrichtung z.B. eine Schwingungsquelle umfassen, mit der an mindestens einem der Ringspaltteile eine Spaltschwingung derart erzeugbar ist, dass die Verengung am mindestens einen Ringspalt umläuft. Es ist möglich, dass ein erster Ringspalt vorgesehen ist, der durch ein erstes und ein zweites Ringspaltteil begrenzt wird, wobei die Schwingungsquelle zur Anregung der Spaltschwingung von mindestens einem der ersten und zweiten Ringspaltteile vorgesehen ist. Vorzugsweise kann ein zweiter Ringspalt vorgesehen sein, der durch das zweite Ringspaltteil und ein drittes Ringspaltteil begrenzt wird, welches das zweite Ringspaltteil umgibt, wobei die Schwingungsquelle zur Anregung der Spaltschwingung des zweiten Ringspaltteils vorgesehen ist. Auch ist es möglich, dass das zweite Ringspaltteil einen Kanal aufweist, in dem das erste Ringspaltteil angeordnet ist. Ferner ist es möglich, dass die Schwingung und/oder die Instabilität z.B. erzeugt wird mit einer Vorrichtung wie in DE 44 41 553 C2 beschrieben. DE 44 41 553 C2 offenbart eine Vorrichtung zum Zertropfen eines eine Schallgeschwindigkeit c aufweisenden Flüssigkeit (bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Lack) unter Vordruck mit einem Gehäuse (bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise das Gehäuse des Applikationsgeräts), durch das die Flüssigkeit von einem Flüssigkeitseinlass zu einem Flüssigkeitsauslass führbar ist und in dem die Flüssigkeit durch geeignete Schwingungsanregung mit einer Frequenz größer als einer Minimalfrequenz fMIN beaufschlagbar ist, wobei die Schwingung der Flüssigkeit ein Zertropfen der Flüssigkeit an mindestens einer am Flüssigkeitsauslass liegenden Austrittsöffnung für die Tropfen steuert und wobei zur Schwingungsanregung ein Schwingungserzeuger außerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist, dessen Schwingungen vorzugsweise in einem größeren Abstand als c/(2fMIN) von der mindestens einen Austrittsöffnung über das Gehäuse zwischen Flüssigkeitseinlass und Flüssigkeitsauslass in die Flüssigkeit eingekoppelt werden können, und wobei ferner das Innere des Gehäuses so ausgestaltet ist, dass eine laminare Strömungsführung auftritt sowie transversale Schwingungsmoden der Flüssigkeit unterbunden sind. Bei der vorliegenden Erfindung werden diese Techniken jedoch zum Beschichten, insbesondere Lackieren von Fahrzeugen, vorzugsweise Kraftfahrzeugkarosserien verwendet.
Die Beschichtungseinrichtung kann mehrere Applikationsgeräte umfassen.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine Querschnittsansicht durch eine herkömmliche Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen,
Figur 2: eine Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen mit erfindungsgemäßen Applikationsgeräten,
Figur 3A: ein Applikationsgerät mit einem Farbwechsler und der zugehörigen Beschichtungsmittelversorgung,
Figur 3B: ein Applikationsgerät mit zumindest zwei oder mehr direkten Beschichtungsmittelzuleitungen und separatem Farbwechsler,
Figur 4A: eine Düsenreihe (Teil eines Trägerelements bzw. einer Düsenplatte) mit mehreren Beschichtungsmitteldüsen und einem zugeordneten Farbwechsler,
Figur 4B: eine Gruppe von mehreren, beispielsweise vier Applikationsgeräten mit zumindest zwei oder mehr, beispielsweise vier direkten Beschichtungsmittelzuleitungen und separatem Farbwechsler,
Figur 5: mehrere Düsenreihen des Applikationsgeräts, die gemeinsam über einen Mischer mit angeschlossenem Farbwechsler und Zuleitungen für ein Zwei- oder Mehr-KomponentenBeschichtungsmittel mit dem zu applizierenden Beschichtungsmittel versorgt werden,
Figur 6: mehrere Düsenreihen des Applikationsgeräts, die gemeinsam über eine einzige Beschichtungsmittelzuleitung versorgt werden, der ein Mischer mit Zuleitungen für ein Zweioder Mehr-Komponenten-Beschichtungsmittel zugeordnet ist,
Figur 7: eine Düsenanordnung in einem Applikationsgerät,
Figur 8: eine alternative Düsenanordnung in dem Applikationsgerät mit kleineren Beschichtungsmitteldüsen,
Figur 9: eine alternative Anordnung der Beschichtungsmitteldüsen in dem Applikationsgerät, wobei die Beschichtungsmitteldüsen unterschiedliche Düsengrößen aufweisen,
Figur 10: eine Abwandlung von Figur 9, wobei die Düsenreihen mit den größeren Beschichtungsmitteldüsen versetzt zueinander angeordnet sind,
Figur 11: eine Applikationsgeräteanordnung mit mehreren, frei beweg- und/oder verschwenkbaren Applikationsgeräten zur Anpassung an gekrümmte Bauteiloberflächen,
Figur 12: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung mit einem mehrachsigen Roboter, der ein Applikationsgerät und einen Sensor führt, um das Applikationsgerät zu positionieren,
Figur 13: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung, bei der mehrere Komponenten zu einem Gemisch zusammengemischt werden, wobei das Applikationsgerät dann das Gemisch appliziert,
Figur 14: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Applikationsgeräts mit einer Hüllstromdüse,
Figur 15: eine schematische Darstellung eines Applikationsgeräts, das eine trapezförmige Schichtdickenverteilung erzeugt,
Figur 16: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung, bei der zahlreiche Applikationsgeräte an einem Portal angebracht sind,
Figur 17 und: 18 Abwandlungen der Figuren 9 und 10 mit einer maximalen Packungsdichte der einzelnen Düsen,
Figuren 19A bis 19E: verschiedene Ausbildungen von Längsschnitten von Beschichtungsmitteldüsen,
Figur 20A: eine schematische Darstellung einer Düsenanordnung eines Applikationsgeräts,
Figur 20B: eine schematische Darstellung einer Schichtdickenverteilung, erzeugt durch die Düsenanordnung gemäß Figur 20A,
Figur 20C: eine schematische Darstellung einer anderen Düsenanordnung eines Applikationsgeräts,
Figur 21A: eine schematische Darstellung einer wiederum anderen Düsenanordnung eines Applikationsgeräts,
Figur 21B: eine schematische Darstellung einer Schichtdickenverteilung, erzeugt durch die Düsenanordnung gemäß Figur 21A,
Figur 21C: drei sich überlappende trapezförmige Schichtdickenverteilungen mit resultierender Gesamtschichtdickenverteilung ähnlich Figur 15,
Figur 21D: eine randscharfe Schichtdickenverteilung, erzeugt mittels mindestens einem abgeschalteten Applikator bzw. abgeschalteter Beschichtungsmitteldüsenanordnung,
Figur 22A: eine schematische Darstellung eines Tropfenzerfalls eines zunächst zusammenhängenden Beschichtungsmittelstrahls, ausgegeben durch ein Applikationsgerät,
Figur 22B: eine schematische Darstellung einer Zerstäubung gemäß Stand der Technik,
Figur 22C: zeigt eine stark vereinfachte Darstellung eines Tropfenzerfalls eines zunächst zusammenhängenden Beschichtungsmittelstrahls, ausgegeben durch ein Applikationsgerät;
Figuren 23A bis 23E: schematische Darstellungen unterschiedlicher zusammenhängender Beschichtungsmittelstrahlen mit jeweiligem Sprühstrahlquerschnitt,
Figuren 24A, 25A, 26A: schematische Darstellungen verschiedener Applikationsgeräte mit nicht beaufschlagtem Beschichtungsmittel,
Figuren 24B, 25B, 26B: schematische Darstellungen verschiedener Applikationsgeräte mit beaufschlagtem Beschichtungsmittel,
Figuren 27A, 27B, 27C: schematische Darstellungen von Querschnitten verschiedener Applikationsgeräte, insbesondere im Bereich des Trägerelements bzw. der Düsenplatte,
Figur 28: ein stark vereinfachtes Applikationsgerät,
Figur 29: mehrere, beispielsweise drei Applikationsgeräte mit zwei voneinander getrennten Beschichtungsmittelzuleitungen mit jeweiligem Farbwechsler,
Figur 30: ein Applikationsgerät mit zwei voneinander getrennten Beschichtungsmittelzuleitungen mit jeweiligem Farbwechsler,
Figur 31: ein Applikationsgerät mit zwei Beschichtungsmittelzuleitungen und integrierter Umschaltung.

Die Querschnittsansicht in Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Lackieranlage, die teilweise mit der eingangs beschriebenen und in Figur 1 dargestellten herkömmlichen Lackieranlage übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Lackieranlage besteht zunächst darin, dass die Lackierroboter 3, 4 als Applikationsvorrichtungen keine Rotationszerstäuber führen, sondern Applikationsgeräte 8, 9, die jeweils einen Schwingungserzeuger SE umfassen und als Tropfengenerator oder Applikationskopf bezeichnet werden können. Das jeweilige Applikationsgerät 8, 9 weist einen gegenüber Rotationszerstäubern wesentlich größeren Auftragswirkungsgrad von mehr als 90% auf. Dadurch ist es möglich, dass weniger Overspray erzeugt wird, da die Applikationsgeräte 8, 9 in der Lage sind, Beschichtungsmitteltropfen, insbesondere Lacktropfen mit im Wesentlichen gleicher Größe und im Wesentlichen diskreter bzw. homogener Tropfenverteilung zu erzeugen. Es ist bevorzugt, dass die Applikationsgeräte 8, 9 das Beschichtungsmittel im Wesentlichen kontinuierlich während eines Beschichtungsvorgangs applizieren bzw. ausgeben.
Die Applikationsgeräte 8, 9 mit den Schwingungserzeugern SE beaufschlagen das Beschichtungsmittel mit einer Schwingung und/oder einer Instabilität, um Beschichtungsmitteltropfen zu erzeugen und/oder das Beschichtungsmittel in Tropfen zerfallen zu lassen. Insbesondere werden zunächst kontinuierliche bzw. zusammenhängende Beschichtungsmittelstrahlen aus den Beschichtungsmitteldüsen bzw. den Applikationsgeräten 8, 9 ausgegeben, die dann auf dem Weg zum Bauteil bzw. zwischen den Applikationsgeräten 8, 9 bzw. den Beschichtungsmitteldüsen und dem Bauteil in Tropfen zerfallen.
Die Applizierung bzw. das Erzeugen von Tropfen von im Wesentlichen gleicher Größe und/oder einer im Wesentlichen homogenen Tropfenverteilung bietet zum einen den Vorteil, dass auf die bei der herkömmlichen Lackieranlage gemäß Figur 1 vorhandene Auswaschung 7 verzichtet werden kann.
Stattdessen befindet sich bei der erfindungsgemäßen Lackieranlage gemäß Figur 2 unter der Lackierkabine 2 eine Luftabsaugung 10, welche die Kabinenluft durch eine Filterdecke 11 hindurch nach unten aus der Lackierkabine 2 absaugt. Die Filterdecke 11 filtert hierbei den in der Kabinenluft geringfügig vorhandenen Overspray heraus, ohne dass die Auswaschung 7 wie bei der herkömmlichen Lackieranlage erforderlich ist. Als Filterelemente können z.B. Patronenfilter, Vliese, Filtermatten, Kartonfilter, ect. Eingesetzt werden.
Figur 3A zeigt ein Applikationsgerät 8 (9), das von einem Farbwechsler 13 mit dem zu applizierenden Beschichtungsmittel versorgt wird. Eingangsseitig ist der Farbwechsler 13 an mehrere, beispielsweise sieben Beschichtungsmittelzuleitungen (Farbe 1 bis Farbe 7) angeschlossen, von denen der Farbwechsler 13 eine zur Beschichtungsmittelversorgung des Applikationsgeräts 8 (9) auswählen kann.
Figur 3B zeigt ein Applikationsgerät 8 (9), das von zumindest zwei, beispielsweise drei Beschichtungsmittelzuleitungen (Farbe 5 bis Farbe 7) mit dem zu applizierenden Beschichtungsmittel (sogenannte "High-Runner") direkt versorgt wird und einen separaten Farbwechsler 13.
Eingangsseitig kann der Farbwechsler 13 an mehrere, beispielsweise vier Beschichtungsmittelzuleitungen (Farbe 1 bis Farbe 4) angeschlossen werden, von denen der Farbwechsler 13 eine zur Beschichtungsmittelversorgung des Applikationsgeräts 8 auswählen kann.
Vorzugsweise sind die Beschichtungsmittelzuleitungen zur direkten Versorgung des Applikationsgeräts 8 direkt mit dem Applikationsgerät 8 verbunden, wobei z.B. jedem Beschichtungsmittel eine separate Dosiereinrichtung (z.B. eine Dosierpumpe) zugeordnet werden kann, die vorteilhaft nicht gespült werden muss.
Figur 4A zeigt eine Gruppe von Beschichtungsmitteldüsen 16.1-16.5, die gemeinsam mit dem Ausgang eines Farbwechslers 17 verbunden sind und deshalb im Betrieb dasselbe Beschichtungsmittel applizieren.
Der Farbwechsler 17 ist eingangsseitig mit mehreren, beispielsweise sieben Beschichtungsmittelzuleitungen verbunden. Die dargestellten fünf Beschichtungsmitteldüsen stehen beispielhaft für eine Anordnung von vielen Beschichtungsmitteldüsen.
Figur 4B zeigt eine Abwandlung der Ausführungsbeispiele gemäß Figuren 3B und 4A, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Figur 4B zeigt insbesondere eine Gruppe von (zwei oder mehr, insbesondere vier) Applikationsgeräten 8 mit zwei oder mehr, insbesondere vier direkten Beschichtungsmittelzuleitungen (Farbe 5 bis Farbe 8) und separatem Farbwechsler 17.
Bevorzugt sind die jeweiligen Applikationsgeräte 8 gemeinsam mit dem Ausgang des Farbwechslers 17 und/oder den vorzugsweise vier Beschichtungsmittelzuleitungen (für sogenannte "High-Runner) verbunden und applizieren deshalb im Betrieb das gleiche Beschichtungsmittel.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Düsenanordnung in den Applikationsgeräten 8, 9, wobei hier mehrere, beispielsweise vier Düsenreihen 28.1-28.4 dargestellt sind, die jeweils zahlreiche Beschichtungsmitteldüsen 29 aufweisen. Sämtliche Beschichtungsmitteldüsen 29 und sämtliche Beschichtungsmittelreihen 28.1-28.4 werden hierbei gemeinsam von einem Mischer 31 und einem Farbwechsler 30 mit demselben Beschichtungsmittel versorgt.
Eingangsseitig ist der Farbwechsler 30 mit einer Vielzahl von Beschichtungsmitteln (z.B. Farben oder Sonderlacken S1 bis S3) bzw. einer Vielzahl von Beschichtungsmittelzuleitungen und dem Mischer 31 verbunden. Der Mischer 31 ist eingangsseitig mit mehreren Beschichtungsmitteln, insbesondere zumindest zwei Komponenten (K1, K2) für einen Zwei- oder Mehr-Komponenten-Lack verbunden (z.B. Stammlack und Härter).
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 stimmt teilweise mit dem vorstehend beschriebenen und in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass sämtliche Beschichtungsmitteldüsen 29 in allen Düsenreihen 28.1-28.4 an eine gemeinsame Beschichtungsmittelzuleitung 31 angeschlossen sind, über die dasselbe Beschichtungsmittel zugeführt wird und der ein Mischer mit Zuleitungen (nicht gezeigt in Figur 6) für eine erste Komponente und zumindest eine zweite Komponente zugeordnet sind (z.B. Stammlack und Härter).
Figur 7 zeigt eine Düsenanordnung 34 für die Applikationsgeräte 8, 9 der erfindungsgemäßen Lackieranlage, wobei der Pfeil die Vorschubrichtung der Applikationsgeräte 8, 9 anzeigt, d.h. die Druckrichtung.
Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass die Düsenanordnung 34 mehrere Düsenreihen 35.1-35.7 aufweist, die jeweils mehrere Beschichtungsmitteldüsen 36 umfasst.
Die Beschichtungsmitteldüsen 36 weisen hierbei innerhalb der gesamten Düsenanordnung 34 eine einheitlich große Düsenöffnung auf.
Die benachbarten Düsenreihen 35.1-35.7 sind dabei in Längsrichtung zueinander versetzt angeordnet und zwar um eine halbe Düsenbreite, was eine maximale Packungsdichte der Beschichtungsmitteldüsen 36 innerhalb der Düsenanordnung 34 ermöglicht.
Figur 8 zeigt eine abgewandelte Düsenanordnung 34, die weitgehend mit der vorstehend beschriebenen und in Figur 7 dargestellten Düsenanordnung übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht zunächst darin, dass die einzelnen Düsen 36 eine wesentlich geringere Düsengröße aufweisen.
Eine weitere Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die benachbarten Düsenreihen nicht zueinander versetzt angeordnet sind.
Figur 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Düsenanordnung 37 mit fünf parallelen Düsenreihen 38.1-38.5 mit relativ großen Düsenöffnungen und vier Düsenreihen 39.1-39.4 mit relativ kleinen Düsenöffnungen.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 10 stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Figur 9 überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Düsenreihen 38.1-38.5 mit den größeren Düsenöffnungen in Längsrichtung zueinander versetzt sind und zwar um eine halbe Düsenbreite.
Schließlich zeigt Figur 11 eine Applikationsgeräteanordnung 46 mit insgesamt vier Applikationsgeräten 47-50, die relativ zueinander schwenkbar sind oder entsprechend der Oberfläche eines z.B. gekrümmten Bauteils ausgerichtet sind, um eine bessere Anpassung an die Oberfläche z.B. eines gekrümmten Bauteils 51 zu ermöglichen.
Figur 12 zeigt in stark vereinfachter Form eine erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung mit einem mehrachsigen Roboter 58, der ein Applikationsgerät 59 entlang vorgegebener Beschichtungsmittelbahnen über eine Bauteiloberfläche 60 bewegt, wobei der Roboter 58 von einer Robotersteuerung 61 angesteuert wird und eine Handachse aufweisen kann. Die Robotersteuerung 61 steuert den Roboter 58 hierbei so an, dass das Applikationsgerät 59 jeweils entlang vorgegebener Beschichtungsmittelbahnen über die Bauteiloberfläche 60 geführt wird, wobei die Beschichtungsmittelbahnen mäanderförmig nebeneinander liegen.
Eine Besonderheit besteht hierbei darin, dass an dem Applikationsgerät 59 zusätzlich ein optischer Sensor 62 angebracht ist, der im Betrieb die Position und den Verlauf der vorangegangenen Beschichtungsmittelbahn erfasst, damit die aktuelle Beschichtungsmittelbahn exakt an der vorangegangenen Beschichtungsmittelbahn ausgerichtet werden kann.
Figur 13 zeigt in stark vereinfachter Form eine Variante einer erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung mit mehreren, vorzugsweise drei getrennten Beschichtungsmittelzuführungen 63-65, die jeweils eine Komponente des zu applizierenden Beschichtungsmittels zuführen.
Die Beschichtungsmittelzuführungen 63-65 sind ausgangsseitig mit einem Mischer 66 verbunden, der die einzelnen Komponenten zu einem Beschichtungsmittelgemisch zusammenmischt, das dann einem Applikationsgerät 67 zugeführt wird. Die Mischung der verschiedenen Komponenten des Beschichtungsmittels erfolgt hierbei also vor der Applikation durch das Applikationsgerät 67. Die in Figur 13 gezeigte Komponente 3 ist optional.
Figur 14 zeigt in schematisierter Form ein Applikationsgerät 69, das Beschichtungsmittel bzw. einen zusammenhängenden Beschichtungsmittelstrahl 70' mit einer Schwingung beaufschlagt. Aus der Beschichtungsmitteldüse 72 wird das Beschichtungsmittel bzw. ein zusammenhängender Beschichtungsmittelstrahl 70' ausgegeben, der zwischen der Beschichtungsmitteldüse 72 und der Bauteiloberfläche 71 in Tropfen 70 zerfällt. Die Pfeile F zeigen schematisch, dass das Beschichtungsmittel bzw. der Beschichtungsmittelstrahl 70' an der Beschichtungsmitteldüse 72 bzw. mittels dem die Beschichtungsmitteldüse 72 aufweisenden Trägerelement mit der Schwingung, Frequenz und/oder der Instabilität beaufschlagt wird.
Darüber hinaus weist das Applikationsgerät 69 zumindest eine, vorzugsweise ein Vielzahl von Hüllstromdüsen 73 auf, welche die Beschichtungsmitteldüse 72 oder eine Vielzahl von Beschichtungsmitteldüsen beispielsweise ringförmig umgeben und einen ringförmigen Hüllstrom abgeben, der die einzelnen Beschichtungsmitteltropfen 70 umgibt.
Zum Einen dient dies zur Abgrenzung der einzelnen Beschichtungsmitteltropfen 70 und dazu, das abgegebene Beschichtungsmittel und/oder die abgegebenen Beschichtungsmitteltropfen 70 zu schützen.
Zum Anderen kann der von der Hüllstromdüse 73 abgegebene Hüllstrom die Beschichtungsmitteltropfen 70 in Richtung auf die Bauteiloberfläche 71 lenken und dadurch vorteilhaft den Auftragswirkungsgrad verbessern.
Auf ähnliche Art und Weise können auch eine oder mehrere Lenkstrahldüsen, insbesondere Lenkluftdüsen vorgesehen werden, deren Lenkluft vorgesehen ist, das abgegebene Beschichtungsmittel und/oder die abgegebenen Beschichtungsmitteltropfen zu schützen oder zu formen und/oder zu lenken. Auch weitere Funktionsdüsen zur Abgabe bestimmter Medien können vorgesehen werden.
Figur 15 zeigt in stark vereinfachter Form ein Applikationsgerät 74 bei der Applikation zweier benachbarter Lackierbahnen, wobei die Position des Applikationsgeräts 74 in der aktuellen Lackierbahn ohne Apostroph bezeichnet ist, wohingegen die Position des Applikationsgeräts 74' in der vorangegangenen Lackierbahn mit einem Apostroph gekennzeichnet ist.
Das Applikationsgerät 74 weist mehrere Beschichtungsmitteldüsen 75 auf, die quer zur Bahnrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei im äußeren Bereich des Applikationsgeräts 74 weniger Beschichtungsmittel abgeben wird als im inneren Bereich. Im Ergebnis erzeugt das Applikationsgerät 74 auf der Bauteiloberfläche eine trapezförmige Schichtdickenverteilung 76. Dies ist vorteilhaft, weil sich die trapezförmige Schichtdickenverteilung 76 dann mit der ebenfalls trapezförmigen Schichtdickenverteilung 76' der vorangegangenen Lackierbahn überlagert, was zu einer konstanten Schichtdicke führt. Figuren 20A und 21A zeigen mögliche Ausbildungen einer Beschichtungsmitteldüsenanordnung bzw. ein die Beschichtungsmitteldüsen aufweisendes Trägerelement (Düsenplatte), um das Prinzip der Schichtdickenverteilung zu erzielen.
Figur 16 zeigt in vereinfachter Form eine erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung, bei der die zu lackierenden Bauteile 77 entlang einem linearen Förderweg 78 durch eine Lackierkabine transportiert werden, was an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist und deshalb nicht näher beschrieben werden muss.
Der Förderweg 78 wird hierbei von einem Portal 79 überspannt, wobei an dem Portal zahlreiche Applikationsgeräte 80 angebracht sind, die auf die Bauteile 77 auf dem Förderweg 78 gerichtet sind und diese mit einem Beschichtungsmittel beschichten.
Figur 17 zeigt eine Abwandlung von Figur 10, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten die selben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht in der wesentlich größeren Packungsdichte der einzelnen Beschichtungsmitteldüsen.
Figur 18 zeigt eine Abwandlung von Figur 17, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Auch hier besteht die Besonderheit darin, dass die Packungsdichte der einzelnen Beschichtungsmitteldüsen wesentlich größer ist.
Figuren 19A bis 19E zeigen verschiedene Längsschnitt-Formen von Beschichtungsmitteldüsen. Bei den in den Figuren 19A bis 19E gezeigten Längsschnitten kann es sich um Runddüsen oder Schlitzdüsen handeln.
Figur 19A zeigt eine zylindrische Düsenform bzw. eine konstante Düsenform.
Figur 19B zeigt eine sich vorzugsweise zumindest zweimal aufweitende und wieder verjüngende Düsenform, insbesondere mit zumindest zwei Ausbauchungen 81 und zumindest einer Einschnürung 82, die zwischen den zumindest zwei Ausbauchungen 81 angeordnet ist, und vorzugsweise einem konstanten bzw. zylindrischen Einlass und einem konstanten bzw. zylindrischen Auslass.
Figur 19C zeigt eine Düsenform mit konisch zulaufendem bzw. verjüngendem Einlass und zylindrischem bzw. konstanten Auslass.
Figur 19D zeigt eine Düsenform mit zylindrischem bzw. konstanten Einlass und vorzugsweise konisch aufweitendem Auslass.
Figur 19E zeigt eine Venturi- oder Laval-Düse.
Die Querschnitte der in den Figuren 19A bis 19E gezeigten Düsenformen sind vorzugsweise kreisförmig (Runddüsen), können aber auch rechteckförmig (Schlitzdüsen) ausgebildet sein. Mit konstanter Düsenform bzw. konstantem Einlass und/oder Auslass ist ein im Wesentlichen gleichbleibender Querschnitt in Längsrichtung der Beschichtungsmitteldüse gemeint.
Anzahl und Anordnung der Düsen der Applikationsgeräte 8, 9 sollten vorzugsweise so gestaltet sein, dass die zu beschichtenden Flächen einheitlich, deckend und homogen beschichtet werden. Dazu kann das jeweilige Applikationsgerät 8, 9 sowohl mit Düsen einer Größe und Düsenform, als auch mit unterschiedlich großen Düsen oder unterschiedlichen Düsenformen ausgestattet sein. Die unterschiedlich großen Düsen können gleichmäßig verteilt sein oder in bestimmten Bereichen oder Formen gruppiert sein. Durch entsprechende Anordnung der Düsen eines Applikationsgeräts 8, 9 kann beim Beschichtungsvorgang beispielsweise eine ideale Schichtdickenverteilung erzeugt werden.
Figur 20A zeigt schematisch eine Beschichtungsmitteldüsenanordnung BA, die eine Vielzahl von Beschichtungsmitteldüsen (schematisch dargestellt mittels der schwarzen Punkte) umfasst. Die Beschichtungsmitteldüsenanordnung BA ist so vorgesehen, dass sich eine Schichtdickenverteilung mit im Wesentlichen Gauß'scher Normalverteilung bildet. Insbesondere ist die Beschichtungsmitteldüsenanordnung BA so vorgesehen, dass deren Beschichtungsmitteldüsen einen Umriss U gemäß im Wesentlichen einer Gauß'schen Normalverteilungskurve bilden und vorzugsweise über den Bereich U' (Fläche unter der Gaußkurve), der von dem Umriss U umschlossen wird, verteilt sind. Jede weitere zur Überlappung geeignete Düsen-Anordnung (z.B. Trapez- oder Dreieck-Form) kann erzeugt werden. Der in Figur 20A gezeigte Pfeil zeigt die Vorschubrichtung des Applikationsgeräts 8 an.
Figur 20B zeigt schematisch einen Querschnitt durch die Schichtdickenverteilung, die durch eine Beschichtungsmitteldüsenanordnung BA gemäß Figur 20A erzeugt wird. Der Querschnitt wird durch eine im Wesentlichen Gauß'sche Normalverteilungskurve begrenzt, die im Wesentlichen dem Umriss U aus Figur 20A entspricht.
Figur 20C zeigt schematisch eine andere Beschichtungsmitteldüsenanordnung BA, die ebenfalls eine Vielzahl von Beschichtungsmitteldüsen (schematisch dargestellt mittels der schwarzen Punkte) umfasst. Die Beschichtungsmitteldüsen bilden einen rechteckförmigen Umriss U und sind vorzugsweise über den Bereich U' (rechteckförmige Fläche), der von dem Umriss U umschlossen wird, z.B. matrixförmig verteilt. Eine derartige Anordnung ist vorteilhaft, um randscharf Beschichten zu können.
Ferner ist eine Beschichtungsmittelanordnung (nicht gezeigt) möglich, bei der die Beschichtungsmitteldüsen einen kreisförmigen Umriss bilden und über eine kreisförmige Fläche verteilt sind. Ferner sind auch andere Anordnungen möglich.
Figur 21A zeigt schematisch drei Beschichtungsmitteldüsenanordnungen BA1, BA2 und BA3, die unabhängig von einander ansteuerbar bzw. einstellbar (z.B. steuerbar oder regelbar) sind. Jede der Beschichtungsmitteldüsenanordnungen BA1, BA2 und BA3 hat eine Vielzahl von Beschichtungsmitteldüsen (schematisch dargestellt mittels der schwarzen Punkte). Die äußere Beschichtungsmitteldüsenanordnung BA1 ist so vorgesehen, dass deren Beschichtungsmitteldüsen einen dreieckförmigen Umriss bilden und vorzugsweise über den Bereich, der von dem dreieckförmigen Umriss umschlossen wird, verteilt sind. Die mittlere Beschichtungsmitteldüsenanordnung BA2 ist so vorgesehen, dass deren Beschichtungsmitteldüsen einen rechteckförmigen Umriss bilden und vorzugsweise über den Bereich, der von dem rechteckförmigen Umriss umschlossen wird, verteilt sind. Die andere äußere Beschichtungsmitteldüsenanordnung BA3 ist so vorgesehen, dass deren Beschichtungsmitteldüsen einen dreieckförmigen Umriss bilden und vorzugsweise über den Bereich, der von dem dreieckförmigen Umriss umschlossen wird, verteilt sind. Die drei Beschichtungsmitteldüsenanordnungen BA1, BA2 und BA3 sind so vorgesehen, dass deren Beschichtungsmitteldüsen insgesamt einen trapezförmigen Umriss bilden. Die mittlere Beschichtungsmitteldüsenanordnung BA2 ist im Wesentlichen zur Flächenbeschichtung vorgesehen, wobei die zwei äußeren Beschichtungsmitteldüsenanordnungen BA1, BA3 im Wesentlichen zur Überlappungsbeschichtung vorgesehen sind. Die äußeren Beschichtungsmitteldüsenanordnungen BA1, BA3 können auch jede andere zur Überlappung angepasste Düsenverteilung aufweisen.
Figur 21B zeigt schematisch einen Querschnitt durch die Schichtdickenverteilung, die durch die drei Beschichtungsmitteldüsenanordnungen BA1, BA2, BA3 gemäß Figur 21A erzeugt wird, wenn alle drei Beschichtungsmitteldüsenanordnungen BA1, BA2, BA3 applizieren. Der Querschnitt der Schichtdickenverteilung ist trapezförmig.
Figur 21C zeigt ähnlich wie die Figur 15 drei benachbarte Lackierbahnen, die jeweils eine trapezförmige Schichtdickenverteilung 76', 76" und 76"' aufweisen. Dies ist vorteilhaft, weil sich die trapezförmigen Schichtdickenverteilungen entsprechend überlagern können, was zu einer im Wesentlichen konstanten Schichtdicke führt. Die mit Bezugszeichen 83 gekennzeichnete Linie zeigt die resultierende Schichtdicke. Wie erwähnt, ist die trapezförmige Ausbildung nur beispielhaft und kann jede andere bezüglich einer Überlappung angepasste Verteilung sein.
Weiter vorteilhaft ist an den in Figur 21A gezeigten Beschichtungsmitteldüsenanordnungen BA1, BA2 und BA3, dass insbesondere die äußeren Beschichtungsmitteldüsenanordnungen BA1 und BA3 gesteuert werden können, z.B. eingeschaltet und ausgeschaltet werden können. Dadurch wird, wie in Figur 21D gezeigt, ein randscharfes Beschichten möglich, wie durch die mit Bezugszeichen 84 gekennzeichnete Kante gezeigt. Figur 21D zeigt einen Querschnitt einer Schichtdickenverteilung, die von der mittleren Beschichtungsmitteldüsenanordnung BA2 und der in Figur 21A rechts gezeigten äußeren Beschichtungsmitteldüsenanordnung BA3 erzeugt wird, wobei die in Figur 21A links gezeigte Beschichtungsmittelanordnung BA1 abgeschaltet ist und somit kein Beschichtungsmittel appliziert.
Es ist aber auch möglich, dass sich ein Applikationsgerät an einer durch Einzeldüsen erzeugten "Linie" auf der zu beschichtenden Fläche entlang "tastet" bzw. während des Applizierens einer Linie über die zu beschichtende Fläche bewegt wird, so dass keinerlei Überlappungen notwendig sind.
Ein bevorzugter Tropfenzerfall ist schematisch in Figur 22A gezeigt. Figur 22A zeigt einen aus einer Beschichtungsmitteldüse des Applikationsgeräts 8 (9) austretenden zusammenhängenden Beschichtungsmittelstrahl 70' und insbesondere, wie der zusammenhängende, ausgegebene Beschichtungsmittelstrahl 70' aufgrund der eingekoppelten Schwingung und/oder Instabilität in Tropfen 70 zerfällt und zwar vorzugsweise basierend auf der sogenannten "Rayleigh-Instabilität" oder dem sogenannten "Rayleigh-Zerfall". Das Applikationsgerät 8 (9) appliziert Tropfen 70, die im Wesentlichen gleich groß sind, wobei eine im Wesentliche diskrete oder homogene Tropfenvereilung erzielt wird, wie in Figur 22A zu sehen ist. Die Pfeile F zeigen schematisch, dass das Beschichtungsmittel bzw. der Beschichtungsmittelstrahl 70' an der Beschichtungsmitteldüse bzw. mittels dem die Beschichtungsmitteldüse aufweisenden Trägerelement mit der Schwingung, Frequenz und/oder der Instabilität beaufschlagt wird.
Ein anderer bevorzugter Tropfenzerfall ist in stark vereinfachter Form in Figur 22C gezeigt. Figur 22C zeigt einen aus einer Beschichtungsmitteldüse des Applikationsgeräts 8 (9) austretenden zusammenhängenden im Wesentlichen flächigen Beschichtungsmittelstrahl (z.B. ein Beschichtungsmittelblatt bzw. eine Beschichtungsmittellamelle; der Einfachheit halber auch mit dem Bezugszeichen 70' versehen), der aufgrund der eingekoppelten Schwingung und/oder Instabilität in Tropfen (der Einfachheit halber auch mit dem Bezugszeichen 70 versehen) zerfällt.
Der zusammenhängende flächige Beschichtungsmittelstrahl 70' zerfällt in eine Vielzahl von zertropfenden (im Wesentlichen eindimensionalen) Beschichtungsmittelstrahlen. Auch in Figur 22C zeigen die Pfeile F schematisch, dass das Beschichtungsmittel bzw. der Beschichtungsmittelstrahl 70' an der Beschichtungsmitteldüse bzw. mittels dem die Beschichtungsmitteldüse aufweisenden Trägerelement mit der Schwingung, Frequenz und/oder der Instabilität beaufschlagt wird.
Figur 22B hingegen zeigt eine schematische Zerstäubung von Beschichtungsmittel gemäß Stand der Technik. Zu erkennen sind die unterschiedlich großen Beschichtungsmitteltropfen (der Einfachheit halber auch mit dem Bezugszeichen 70 versehen) und die nicht-homogene Tropfenverteilung, was zu einem erhöhten Overspray beiträgt.
Der Aufbau, das Prinzip und/oder die Wirkweise beispielhafter Tropfenerzeuger ist z.B. aus der DE 44 41 553 C2 , der DE 10 2006 012 389 A1 und den Veröffentlichungen "Atomization and Sprays, vol. 7, pp. 43-75, 1997, "METHODS AND TOOLS FOR AD-VANCED FUEL SPRAY PRODUCTION AND INVESTIGATION", G. Brenn, F. Durst, D. Trimis, and M. Weclas" und "Atomization and Sprays, vol. 15, pp. 661-685, 2005, "CONTROL OF SPRAY FORMATION BY VIBRATIONAL EXCITATION OF FLAT-FAN AND CONICAL LIQUID SHEETS", Günter Brenn, Zeljiko Prebeg and Dirk Rensink, Alexander L. Yarin" bekannt, deren Offenbarungen der vorliegenden Offenbarung in vollem Umfang zuzurechnen sind.
Es ist möglich, dass der jeweilige Schwingungserzeuger SE die Schwingung und/oder die Instabilität vorzugsweise über das Gehäuse des Applikationsgeräts 8 (9) in das Beschichtungsmittel einkoppelt. Zu diesem Zweck kann der Schwingungserzeuger SE z.B. als Quarzschwinger außen am jeweiligen Gehäuse der Applikationsgeräte 8, 9 angeordnet sein oder zumindest vorgesehen sein, diesen Bereich zu beaufschlagen, was in Figur 28 in stark vereinfachter Form dargestellt ist. Jedoch ist es alternativ oder ergänzend möglich, dass der Schwingungserzeuger in das jeweilige Applikationsgerät 8, 9 innenseitig integriert wird und das Beschichtungsmittel z.B. mittels Schalls, mechanisch mittels physischer Kontaktierung oder mittels eines Piezo-Elements mit der Schwingung und/oder der Instabilität beaufschlagt, um die Tropfen entstehen zu lassen, was in Figur 28 in stark vereinfachter Form mittels dem mit SE' gekennzeichneten, gestrichelten Rechteck dargestellt ist.
Der zu zertropfende zusammenhängende bzw. kontinuierliche Beschichtungsmittelstrahl kann auf unterschiedliche Art und Weise bereitgesellt werden. Die Figuren 23A bis 23E zeigen schematisch verschiedene Beschichtungsmittelstrahlen (der Einfachheit halber alle ebenfalls mit dem Bezugszeichen 70' versehen), die aus einer Beschichtungsmitteldüse (nicht gezeigt in Figuren 23A bis 23E) ausgegeben werden, und jeweilige Sprühstrahlquerschnitte 70''.
Figur 23A zeigt einen (im Wesentlichen eindimensionalen) Vollstrahl, der erfindungsgemäß so beaufschlagt werden kann, dass er in Tropfen zerfällt.
Figur 23B zeigt einen im Wesentlichen flächigen Strahl (z.B. ein Beschichtungsmittelblatt bzw. eine Beschichtungsmittellamelle) in Form eines Flach- und/oder Schichtstrahls bzw. eines dreieckförmigen Strahls, der erfindungsgemäß so beaufschlagt werden kann, dass er in Tropfen zerfällt und/oder in eine Vielzahl in Tropfen zerfallende (vorzugsweise im Wesentlichen eindimensionale) Beschichtungsmittelstrahlen zerfällt.
Figur 23C zeigt einen Hohlkegelstrahl, Figur 23D einen Vollkegelstrahl und Figur 23E einen Hohlzylinderstrahl, die ebenfalls erfindungsgemäß so beaufschlagt werden können, dass sie in Tropfen zerfallen und/oder in eine Vielzahl in Tropfen zerfallende (vorzugsweise im Wesentlichen eindimensionale) Beschichtungsmittelstrahlen zerfallen.
Es ist auch möglich, nicht nur kreisförmige sondern auch im Wesentlichen rechteckförmige Sprühstrahlquerschnitte zu erzeugen.
Die Figuren 24A und 24B zeigen in stark vereinfachter Form jeweils ein Applikationsgerät 8 (9). Jedes Applikationsgerät 8 (9) weist eine Vielzahl von Beschichtungsmitteldüsen in einer Ebene auf.
Die Figuren 25A und 25B zeigen in stark vereinfachter Form jeweils ein anderes Applikationsgerät 8 (9). Jedes Applikationsgerät 8 (9) weist eine Spalt- bzw. Schlitzdüse auf.
Figuren 26A und 26B zeigen in stark vereinfachter Form jeweils ein wiederum anderes Applikationsgerät 8 (9). Jedes Applikationsgerät 8 (9) weist eine kreisförmige bzw. konische Düse auf.
Bei den in den Figuren 24A, 25A und 26A gezeigten Applikationsgeräten erfolgt keine Beaufschlagung des Beschichtungsmittels bzw. des Beschichtungsmittelstrahls 85 mit einer Schwingung und/oder einer Instabilität, weshalb die Beschichtungsmittelstrahlen 85 nicht in Tropfen zerfallen.
Bei den in Figuren 24B, 25B und 26B gezeigten Applikationsgeräten erfolgt hingegen eine Beaufschlagung des Beschichtungsmittels bzw. des Beschichtungsmittelstrahls 86 mit einer Schwingung und/oder einer Instabilität, weshalb die Beschichtungsmittelstrahlen 86 in Tropfen zerfallen. In Figur 25B und 26B müssten an sich deutlich mehr Tropfenstrahlen 86 abgebildet sein, wovon jedoch abgesehen wurde, weil sie dann nicht mehr zu erkennen wären.
Die Figuren 27A, 27B und 27C zeigen schematische Darstellungen von Querschnitten verschiedener Applikationsgeräte, insbesondere im Bereich eines Trägerelements für eine Düsenplatte und/oder mehrere Beschichtungsmitteldüsen. Insbesondere kann ein Trägerelement 89 und eine Beschichtungsmittelzuführung 87 gesehen werden, die in dem Trägerelement 89 mündet. Vorzugsweise weitet sich die Beschichtungsmittelzuführung 87 in Strömungsrichtung des Beschichtungsmittels (siehe Pfeil in Figur 27A) bzw. zur zumindest einen Beschichtungsmitteldüse hin auf, um eine oder mehrere Beschichtungsmitteldüsen mit Beschichtungsmittel versorgen zu können.
Das Applikationsgerät kann zumindest einen Entgasungsstutzen und/oder einen Rückführleitungsanschluss bzw. eine Entgasungsöffnung 88 aufweisen, wie in den Figuren 27B und 27C gezeigt. In Figur 27B ist der Entgasungsstutzen bzw. der Rückführleitungsanschluss 88 an der Beschichtungsmittelzuführung 87 oder zumindest benachbart zu dieser angeordnet, wohingegen in Figur 27C der Entgasungsstutzen bzw. der Rückführleitungsanschluss 88 benachbart zu den Beschichtungsmitteldüsen, benachbart zu dem Trägerelement oder an dem Trägerelement angeordnet sein kann.
Figur 28, die bereits weiter oben erwähnt wurde, zeigt das Applikationsgerät 8 (9), das eine Vielzahl von zunächst zusammenhängenden Beschichtungsmittelstrahlen 70' erzeugt, die aufgrund der mittels des Schwingungserzeugers SE bzw. SE' erzeugten Schwingung und/oder der Instabilität in Tropfen 70 zerfallen. Das in Figur 28 gezeigte Applikationsgerät 8 umfasst ferner ein System zur elektrostatischen Beschichtungsmittelaufladung mit Hochspannung, vorzugsweise ein elektrostatisches Beschichtungsmittelaufladungssystem zur Außenaufladung AA des (ausgegebenen) Beschichtungsmittels. Das Beschichtungsmittelaufladungssystem AA kann mehrere Fingerelektroden oder einen Elektrodenring, in dem eine Vielzahl von Elektroden eingebettet sind, umfassen. Die Fingerelektroden, der Elektrodenring und/oder die Elektroden E sind vorzugsweise außerhalb des Gehäuses des Applikationsgeräts 8 angeordnet, wobei insbesondere die Elektroden E gleichmäßig um das Applikationsgerät 8 herum positioniert sind, um das aus der zumindest einen Beschichtungsmitteldüse ausgegebene Beschichtungsmittel aufzuladen.
Es ist auch möglich, ein elektrostatisches Beschichtungsmittelaufladungssystem zur Direktaufladung DA des (noch nicht ausgegebenen) Beschichtungsmittels vorzusehen, was in Figur 28 durch das mit dem Bezugszeichen DA gekennzeichnete gepunktete Rechteck angedeutet ist. Hierbei läuft das Beschichtungsmittel, das noch nicht ausgegeben wurde, an zumindest einer im innern des Applikationsgeräts 8 integrierten Elektrode vorbei, um aufgeladen zu werden. Das Beschichtungsmittelaufladungssystem AA, DA ist konfiguriert und angeordnet, um eine verbesserte Abscheidung, eine verbesserte Beschichtungsmittelausbeute und/oder einen verbesserten Auftragswirkungsgrad zu erzielen.
Figur 29 zeigt mehrere, vorzugsweise drei Applikationsgeräte 8 mit mehreren, vorzugsweise zwei komplett voneinander getrennten Beschichtungsmittelzuleitungen mit jeweiligem Farbwechsler A, B, damit während der eine Farbwechsler bzw. die eine Beschichtungsmittelzuleitung das Beschichtungsmittel zu den Applikationsgeräten 8 führt, der andere Farbwechsler bzw. die andere Beschichtungsmittelzuleitung vorbereitet werden kann. Es wird also entweder über den ersten Farbwechsler A oder über den zweiten Farbwechsler B appliziert. An die Beschichtungsmittelzuleitungen zwischen den Applikationsgeräten 8 und den jeweiligen Farbwechslern A, B kann jeweils eine Rückführleitung RFA, RFB angeschlossen sein.
Figur 30 zeigt ein Applikationsgerät 8 mit zwei komplett voneinander getrennten Beschichtungsmittelzuleitungen mit jeweiligem Farbwechsler A, B, damit während der eine Farbwechsler bzw. die eine Beschichtungsmittelzuleitung das Beschichtungsmittel zu den Applikationsgeräten 8 führt, der andere Farbwechsler bzw. die andere Beschichtungsmittelzuleitung vorbereitet werden kann. An die Beschichtungsmittelzuleitungen zwischen dem Applikationsgerät 8 und dem jeweiligen Farbwechsler A, B kann jeweils eine Rückführleitung RFA, RFB angeschlossen sein. Auch hier wird entweder über den ersten Farbwechsler A oder über den zweiten Farbwechsler B appliziert.
Figur 31 zeigt ein Applikationsgerät 8 mit zwei getrennten Beschichtungsmittelzuleitungen und integrierter Umschaltung, um einzustellen, von welcher der mehreren Beschichtungsmittelzuleitungen und/oder von welchem der mehreren Farbwechsler A, B das Beschichtungsmittel ausgegeben wird. Die zwei Beschichtungsmittelzuleitungen sind komplett voneinander getrennt, münden in dem Applikationsgerät 8 und weisen jeweils einen Farbwechsler A, B auf. Ähnlich wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 29 und 30 können auch hier Rückführleitungen RFA, RFB zwischen jeweiligem Farbwechsler A, B und dem Applikationsgerät 8 vorgesehen werden, wobei auch hier entweder über den ersten Farbwechsler A oder über den zweiten Farbwechsler B appliziert wird.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem durch die Patentansprüche definierten Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.

Bezugszeichenliste:

1: Förderer
2: Lackierkabine
3: Lackierroboter
4: Lackierroboter
5: Plenum
6: Decke
7: Auswaschung
8: Applikationsgerät
9: Applikationsgerät
10: Luftabsaugung
11: Filterdecke
13: Farbwechsler
16.1-16.6: Beschichtungsmitteldüsen
17: Farbwechsler
28.1-28.4: Düsenreihen
29: Beschichtungsmitteldüsen
30: Farbwechsler
31: Mischer/Beschichtungsmittelzuleitung
34: Düsenanordnung
35.1-35.7: Düsenreihen
36: Beschichtungsmitteldüsen
37: Düsenanordnung
38.1-38.5: Düsenreihen
39.1-39.4: Düsenreihen
46: Applikationsgeräteanordnung
47-50: Applikationsgeräte
51: Bauteil
58: Roboter
59: Applikationsgerät
60: Bauteiloberfläche
61: Robotersteuerung
62: Sensor
63: Beschichtungsmittelzuführung
66: Mischer
67: Applikationsgerät
69: Applikationsgerät
70: Beschichtungsmitteltropfen
70': Beschichtungsmittelstrahl
70": Querschnitt durch Beschichtungsmittelstrahl
71: Bauteiloberfläche
72: Beschichtungsmitteldüse
73: Hüllstromdüse
74, 74': Applikationsgerät
75, 75': Beschichtungsmitteldüsen
76, 76',: 76" Schichtdickenverteilung
77: Bauteile
78: Förderer
79: Portal
80: Applikationsgeräte
81: Ausbauchung
82: Einschnürung
83: Schichtdicke
84: randscharfe Beschichtungskante
85: nicht zertropfender Beschichtungsmittelstrahl
86: zertropfender Beschichtungsmittelstrahl
87: Beschichtungsmittelzuführung
88: Entgasungsstutzen/Entgasungsöffnung/Rückführung
89: Trägerelement
BA: Beschichtungsmitteldüsenanordnung
U: Umriss
U': von Umriss umschlossener Bereich
RFA, RFB: Rückführungen/Rückführleitungen
SE, SE': Schwingungserzeuger

Claims

Beschichtungseinrichtung zur Beschichtung von Bauteilen mit einem Beschichtungsmittel, nämlich zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen und/oder Kraftfahrzeuganbauteilen mit einem Lack, umfassend zumindest ein Applikationsgerät (8, 9), dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationsgerät (8, 9) zum Ausgeben des Beschichtungsmittels aus Beschichtungsmitteldüsen (16.1-16.6; 29; 36) ausgeführt ist und vorgesehen ist, Beschichtungsmittelstrahlen mit einer Schwingung zu beaufschlagen, um die Beschichtungsmittelstrahlen (70') in Tropfen (70) zerfallen zu lassen.
Beschichtungseinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationsgerät (8, 9) vorgesehen ist, zusammenhängende Beschichtungsmittelstrahlen (70') auszugeben, die zwischen den Beschichtungsmitteldüsen und dem Bauteil in Tropfen (70) zerfallen.
Beschichtungseinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsmittelstrahlen im Wesentlichen eindimensionale Strahlen oder Flüssigkeitsblätter sind.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das Applikationsgerät (8, 9) eingangsseitig an einen Mischer (31) angeschlossen ist.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationsgerät (8, 9) zumindest einen Schwingungserzeuger (SE, SE') umfasst, der vorgesehen ist, das Beschichtungsmittel und/oder die Beschichtungsmittelstrahlen (70') mit einer Schwingung zu beaufschlagen, insbesondere
- über das Gehäuse des Applikationsgeräts (8, 9); und/oder

- über das die Beschichtungsmitteldüsen aufweisende Trägerelement und/oder die Beschichtungsmitteldüsen.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung mittels eines Piezo-Elements erzeugbar ist.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationsgerät (8, 9) vorgesehen ist,
- Tropfen (70) von im Wesentlichen gleichem Durchmesser zu erzeugen; oder

- eine festgelegte Mischung bestimmter Tropfengrößen zu erzeugen.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsmitteldüsen im Wesentlichen kreisförmig oder schlitzförmig sind und einen Durchmesser oder eine Schlitzbreite von zwischen ungefähr 5 µm bis 300 µm aufweisen.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das Applikationsgerät (8, 9) mehrere Beschichtungsmitteldüsen (29) aufweist, die in mehreren Düsenreihen (28.1-28.4) angeordnet sind, insbesondere matrixförmig in Zeilen und Spalten.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- ein mehrachsiger Beschichtungsroboter vorgesehen ist, um das Applikationsgerät (8, 9) relativ zum Bauteil zu bewegen; und/oder

- ein mehrachsiger Handhabungsroboter vorgesehen ist, um das Bauteil relativ zum Applikationsgerät (8, 9) zu bewegen.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationsgerät (8, 9)
- eine Vielzahl von Beschichtungsmitteldüsenanordnungen (BA1, BA2, BA3) mit jeweils einer Vielzahl von Beschichtungsmitteldüsen umfasst; und

- zumindest zwei Beschichtungsmitteldüsenanordnungen (BA1, BA2, BA3) unabhängig voneinander angesteuert und unabhängig voneinander mit Beschichtungsmittel versorgt werden können.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- zumindest drei unabhängig von einander ansteuerbare Beschichtungsmitteldüsenanordnungen (BA1, BA2, BA3) vorgesehen sind, wobei die äußeren Beschichtungsmitteldüsenanordnungen (BA1, BA3) zur Erzeugung einer überlappungsoptimierten Schichtdickenverteilung vorgesehen sind und die innere Beschichtungsmitteldüsenanordnung zur Erzeugung einer im Wesentlichen homogenen Schichtdickenverteilung vorgesehen ist; und/oder

- zumindest eine äußere Beschichtungsmitteldüsenanordnung (BA1, BA3) abgeschaltet werden kann, um ein randscharfes Beschichten zu ermöglichen.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsmitteldruck und/oder der Dosierdruck, mit dem das Beschichtungsmittel dem Applikationsgerät (8, 9) und/oder dem Bauteil zugeführt wird, steuerbar ist.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der folgenden Parameter einstellbar ist:
- Ausstoßgeschwindigkeit des Beschichtungsmittels;

- Amplitude der Schwingung;

- Frequenz der Schwingung.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass sich auf dem Weg zum Bauteil die Beschichtungsmitteltropfen eines Beschichtungsmittelstrahls nicht vereinen; oder

- dass sich Beschichtungsmitteltropfen aus einem ersten Beschichtungsmittelstrahl nicht mit Beschichtungsmitteltropfen aus einem anderen zweiten Beschichtungsmittelstrahl vereinen.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsmitteldüse und/oder die Beschichtungsmitteldüsenanordnung (BA1, BA2, BA3) an einem Trägerelement angeordnet ist, und vorzugsweise das Trägerelement mittels einer Schnellwechselvorrichtung auswechselbar an dem Applikationsgerät (8, 9) befestigt ist.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationsgerät (8, 9) mit zumindest einer Dosiereinrichtung in Wirkverbindung bringbar ist.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationsgerät (8, 9) mit zumindest einem Farbwechsler in Wirkverbindung bringbar ist.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationsgerät (8, 9) mit zumindest einem Mischer für Zwei- oder MehrKomponenten-Lacke oder unterschiedliche Beschichtungsmittel in Wirkverbindung bringbar ist.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationsgerät (8, 9)
- zumindest eine Hüllstromdüse aufweist, die vorgesehen ist, einen Hüllstrom aus Luft oder einem anderen Gas abzugeben, mit dem das ausgegebene Beschichtungsmittel umhüllt werden kann; und/oder

- zumindest eine Lenkluftstromdüse aufweist, die vorgesehen ist, um einen Lenkluftstrom aus Luft oder einem anderen Gas abzugeben, mit dem die ausgegebenen Beschichtungsmittelstrahlen beeinflusst werden können; und/oder

- mehrere Hüllstrom- und/oder Lenkluftstromdüsen aufweist, die in einem oder mehreren Ringen oder Teilringen um die Beschichtungsmitteldüsen und/oder Beschichtungsmitteldüsenanordnung angeordnet sind; und/oder

- mehrere Hüllstrom- und/oder Lenkluftstromdüsen aufweist, die sich in einer im Wesentlichen geradlinigen Anordnung entlang zumindest einer oder aller Seiten der Beschichtungsmitteldüsenanordnung erstrecken.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass
- ein erster Schwingungserzeuger (SE, SE') vorgesehen ist, um das Beschichtungsmittel für zumindest eine erste Beschichtungsmitteldüse und/oder Beschichtungsmitteldüsenanordnung zu beaufschlagen; und

- ein anderer zweiter Schwingungserzeuger (SE, SE') vorgesehen ist, um das Beschichtungsmittel für zumindest eine andere Beschichtungsmitteldüse und/oder andere Beschichtungsmitteldüsenanordnung zu beaufschlagen.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmittel ein Automobillack, ein Basislack, ein Klarlack, ein Effektlack, ein Mica-Lack, ein Metalliclack, ein wasserbasierter Lack oder ein lösemittelbasierter Lack ist und vorzugsweise die festen Lackpartikel eine Partikelgröße von größer als ungefähr 4 µm, 5 µm oder 6 µm aufweisen.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Applikationsgerät (8, 9) eine Flächenbeschichtungsleistung von mindestens 1m²/min, 2m²/min, 3m²/min 4m²/min oder 5m²/min erzielt; und/oder

- das Applikationsgerät (8, 9) einen Beschichtungsmittelausstoß von mindestens 50 ml/min, 100 ml/min, 150 ml/min, 200 ml/min, 300 ml/min, 400 ml/min oder 500 ml/min erzielt.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass dem Applikationsgerät (8, 9) mindestens ein Farbwechsler (13) zugeordnet ist, der ausgangsseitig mit dem Applikationsgerät (8, 9) verbunden ist und eingangsseitig mit verschiedenen Beschichtungsmitteln versorgbar ist, so dass der Farbwechsler (13) eines der Beschichtungsmittel auswählen und das Applikationsgerät (8, 9) mit dem ausgewählten Beschichtungsmittel speisen kann, und/oder

- dass der Farbwechsler (13) einen Spül-/Lösemittelanschluss und/oder einen Pulsluftanschluss aufweist, um das Applikationsgerät (8, 9) mittels Spül-/Lösemittel und/oder Pulsluft reinigen zu können; und/oder

- der Farbwechsler ein Andock-Farbwechsler ist, der über eine Linear- oder Rotationsbewegung an die jeweilige Beschichtungsmittelzuleitung andockbar ist.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsmitteldüsen (29) der verschiedenen Düsenreihen (28.1-28.4) und/oder das Applikationsgerät (8, 9) gemeinsam von einem Farbwechsler (30) gespeist werden.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Beschichtungsmitteldüsen (29) der verschiedenen Düsenreihen(28.1-28.4) gemeinsam mit einer Beschichtungsmittelzuleitung (31) verbunden sind, über die das zu applizierende Beschichtungsmittel zuführbar ist, und/oder

- dass die gemeinsame Beschichtungsmittelzuleitung (31) von einem Farbwechsler und/oder einem Mischer speisbar ist.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest ein Applikationsgerät vorgesehen ist, das von mehreren getrennten Beschichtungsmittelzuleitungen, denen jeweils ein Farbwechsler oder eine Dosiereinrichtung zugeordnet ist, speisbar ist; und/oder

- dass zumindest ein Applikationsgerät eine integrierte Umschalteinrichtung umfasst, um einzustellen, von welcher der mehreren Beschichtungsmittelzuleitungen und/oder von welchem der mehreren Farbwechsler das Beschichtungsmittel ausgegeben wird.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrostatisches Beschichtungsmittelaufladungssystem zur Erhöhung des Auftragswirkungsgrads und/oder der Beschichtungsmittelausbeute vorgesehen ist, insbesondere ein Außenaufladungssystem (AA) und/oder ein Direktaufladungssystem (DA), wobei vorzugsweise das Außenaufladungssystem (AA) eine Vielzahl von Außenelektroden (E) umfasst, und/oder das Direktaufladungssystem (DA) eine oder mehrere Innenelektroden umfasst.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsmitteldüsen
- konisch verjüngend mit zylinderförmigem Auslass ausgebildet sind; oder

- konisch aufweitend mit zylinderförmigem Einlass ausgebildet sind; oder

- Laval- oder Venturi-Düsen sind.
Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationsgerät (8, 9) zumindest eine Rückführung für Beschichtungsmittel, Pulsluft und/oder Spül-/Reinigungsmittel umfasst, vorzugsweise in der Beschichtungsmittelzufuhr für die Beschichtungsmitteldüse und/oder dem Trägerelement eine Entgasungsöffnung und/oder eine Rückführung für Beschichtungsmittel, Pulsluft und/oder Spül-/Reinigungsmittel angeordnet ist.
Lackierkabine, umfassend eine Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Lackierkabine nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Lackierkabine keine Auswaschung aufweist.
Beschichtungsverfahren zur Beschichtung von Bauteilen mit einem Beschichtungsmittel, nämlich zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen und/oder Kraftfahrzeuganbauteilen mit einem Lack, vorzugsweise mit einer Beschichtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Applikationsgerät (8, 9) das Beschichtungsmittel aus Beschichtungsmitteldüsen (16.1-16.6; 29; 36) ausgibt und Beschichtungsmittelstrahlen mit einer Schwingung beaufschlagt, um die Beschichtungsmittelstrahlen (70') in Tropfen (70) zerfallen zu lassen.