EP3227030B1

EP3227030B1 - Beschichtungsverfahren und entsprechende beschichtungsanlage

Info

Publication number: EP3227030B1
Application number: EP15790035.8A
Authority: EP
Inventors: Hans-Georg Fritz; Benjamin WÖHR; Marcus Kleiner; Timo Beyl; Moritz BUBEK
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2035-11-04
Also published as: EP3227030A1; KR102462202B1; DE102014017707A8; KR20170089882A; JP6722186B2; HUE043974T2; US10507483B2; JP2018502702A; CN106999974B; CN106999974A; TR201905322T4; MX2017006867A; US20170341098A1; DE102014017707A1; WO2016087016A1; ES2723974T3

Description

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsverfahren zur Beschichtung von Bauteilen, insbesondere zur Beschichtung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen in einer Lackieranlage. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Beschichtungsanlage.
Bei der Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen werden als Applikationsgerät meist Rotationszerstäuber eingesetzt, die einen rotationssymmetrischen Beschichtungsmittelstrahl abgeben und dementsprechend auf der Bauteiloberfläche ein rotationssymmetrisches Spritzbild erzeugen. Die Winkelausrichtung eines solchen Rotationszerstäubers in Bezug auf die Längsachse des Beschichtungsmittelstrahls spielt hierbei in der Regel keine Rolle, da der Beschichtungsmittelstrahl rotationssymmetrisch ist. Ausnahmsweise kann die Winkelstellung des Rotationszerstäubers jedoch eine Rolle spielen, wenn der Beschichtungsmittelstrahl unsymmetrisch durch Lenkluft angeblasen wird, was dann auf der Bauteiloberfläche zu einem entsprechend unsymmetrischen Spritzbild führt. Bisher wurde jedoch noch nicht der Versuch unternommen, die Winkelstellung des Rotationszerstäubers im Betrieb gezielt zu beeinflussen.
Aus dem Stand der Technik (z.B. DE 10 2013 002 412 A1 ) sind jedoch auch andere Applikationsgeräte bekannt, die einen Beschichtungsmittelstrahl applizieren, der nicht rotationssymmetrisch ist und deshalb auf der Bauteiloberfläche auch ein Spritzbild erzeugt, das nicht rotationssymmetrisch ist.
Dies kann problematisch sein, wenn derartige Applikationsgeräte eingesetzt werden, um eine Bauteiloberfläche zu beschichten, indem mehrere nebeneinander liegende Beschichtungsbahnen 1 auf die Bauteiloberfläche aufgebracht werden, wie in Figur 7 dargestellt ist. Die Beschichtungsbahnen 1 müssen hierbei möglichst ohne Lücken und ohne Überlappungen unmittelbar aneinander angrenzen, da das Applikationsgerät ein rechteckiges, randscharfes Spritzbild 2 abgibt. Die Beschichtungsbahnen 1 weisen deshalb einen Bahnverlauf 3 auf, der zwischen den nebeneinander liegenden Beschichtungsbahnen 1 parallel verläuft, damit die benachbarten Beschichtungsbahnen 1 überlappungsfrei und ohne Lücken aneinander angrenzen. Dies führt jedoch zu Problemen, wenn das zu beschichtende Bauteil durch zwei Bauteilkanten 4, 5 begrenzt ist, die nicht parallel zueinander verlaufen. So zeigt Figur 7 eine gerade Bauteilkante 4 und eine gekrümmte Bauteilkante 5, wobei sich die Beschichtungsbahnen 1 an die gekrümmte Bauteilkante 5 anschmiegen, was im Bereich der anderen Bauteilkante 4 zu unbeschichteten Bereichen 6 führt. Hierbei ist zu erwähnen, dass das Applikationsgerät bei der Bewegung entlang dem Bahnverlauf 3 nicht gedreht wird, so dass das Spritzbild 2 mit seiner Längsrichtung 7 stets rechtwinklig zu dem Bahnverlauf 3 und damit parallel zur Bahnquerrichtung ausgerichtet ist. Diese Ausrichtung des Spritzbildes 2 führt zu einer maximalen Bahnbreite der Beschichtungsbahn 7.
Das Problem der unbeschichteten Bereiche 6 gemäß Figur 7 lässt sich dadurch lösen, dass die einzelnen Beschichtungsbahnen 1 nicht exakt parallel zueinander verlaufen, wie in Figur 8 dargestellt ist, wobei in Figur 8 entsprechende Einzelheiten mit denselben Bezugszeichen versehen sind wie in Figur 7. So sind die unteren Beschichtungsbahnen 1 hierbei gekrümmt und schmiegen sich der unteren Bauteilkante 5 an.
Nach oben hin werden die Beschichtungsbahnen 1 dann immer geradliniger und schmiegen sich dann zunehmend an die obere Bauteilkante 4 an. Auf diese Weise werden die unbeschichteten Bereiche 6 vermieden. Allerdings führt dies zu Überlappungen zwischen benachbarten Beschichtungsbahnen 1 und dadurch zu überbeschichteten Bereichen 8 mit einer entsprechend überhöhten Schichtdicke, was ebenfalls unerwünscht ist. Auch hierbei wird das Applikationsgerät bei der Bewegung entlang dem Bahnverlauf 3 nicht gedreht, so dass das Spritzbild 2 mit seiner Längsrichtung 7 stets rechtwinklig zu dem Bahnverlauf 3 und damit parallel zur Bahnquerrichtung ausgerichtet ist.
Zum allgemeinen technischen Hintergrund ist ferner auf DE 10 2011 114 382 A1 hinzuweisen. Diese Druckschrift offenbart ein Beschichtungsverfahren, bei dem der Sprühstrahl während der Lackierung relativ zur Bauteiloberfläche gekippt wird, um Unsymmetrien auszugleichen. Dies ist jedoch nicht von Nutzen bei der Lackierung von Bahnen, die nicht exakt rechteckig sind.
Zum allgemeinen technischen Hintergrund der Erfindung ist auch hinzuweisen auf JP 3 313 949 B2 .
Schließlich offenbart DE 10 2010 004 496 A1 ein Beschichtungsverfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 beziehungsweise eine Beschichtungsanlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10. Allerdings ermöglicht dieser Stand der Technik keine Beschichtung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen mit überlappenden Beschichtungsmittelbahnen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die unbeschichteten Bereiche 6 und die überbeschichteten Bereich 8 auf der Bauteiloberfläche zu verhindern, wenn ein Applikationsgerät eingesetzt wird, das einen Beschichtungsmittelstrahl appliziert, der nicht rotationssymmetrisch ist und somit auf der Bauteiloberfläche ein langgestrecktes Spritzbild mit einer bestimmten Längsrichtung erzeugt.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Beschichtungsverfahren und durch eine entsprechende Beschichtungsanlage gemäß den abhängigen Ansprüchen gelöst.
Die Erfindung sieht zunächst in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik vor, dass ein Applikationsgerät über eine zu beschichtende Bauteiloberfläche entlang einer vorgegebenen Beschichtungsbahn geführt wird. Während dieser Bewegung gibt das Applikationsgerät einen Beschichtungsmittelstrahl auf die Bauteiloberfläche ab, wobei der Beschichtungsmittelstrahl bezüglich seiner Strahlachse nicht rotationssymmetrisch ist und deshalb auf der Bauteiloberfläche ein langgestrecktes Spritzbild mit einer bestimmten Längsrichtung erzeugt. Beispielsweise kann das Spritzbild annähernd rechteckig sein. Bei einem solchen langgestreckten Spritzbild ist die Winkelstellung des Applikationsgerätes relativ zu dem Bahnverlauf nicht unerheblich, wie dies bei Rotationszerstäubern der Fall ist.
Die Erfindung sieht deshalb vor, dass das Applikationsgerät während der Bewegung über die Bauteilfläche um die Strahlachse gedreht wird, so dass sich die Winkelstellung der Längsrichtung des Spritzbildes relativ zur Bahnquerrichtung bzw. relativ zum Bahnverlauf entlang der Beschichtungsbahn ändert. Auf diese Weise lässt sich die Breite der aufgebrachten Beschichtungsbahn entlang der Beschichtungsbahn ändern.
Zur Erreichung einer maximalen Bahnbreite wird das Applikationsgerät so gedreht, dass die Längsrichtung des Spritzbildes rechtwinklig zum Bahnverlauf ausgerichtet ist, da das Spritzbild dann die Bauteiloberfläche mit seiner maximalen Breite überstreicht.
Zur Erreichung einer minimalen Bahnbreite der aufgebrachten Beschichtungsbahn wird das Applikationsgerät dagegen so gedreht, dass die Längsrichtung des langestreckten Spritzbildes parallel zum Bahnverlauf verläuft, da das langgestreckte Spritzbild die Bauteiloberfläche dann mit seiner kleineren Breite überstreicht.
Das Drehen des Applikationsgerätes während der Bewegung des Applikationsgerätes entlang der Beschichtungsbahn ermöglicht also eine kontinuierliche Anpassung der Breite der Beschichtungsbahn zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert. Der Maximalwert der Bahnbreite der Beschichtungsbahn wird hierbei durch die Längserstreckung des Spritzbildes entlang der Längsrichtung des Spritzbildes bestimmt. Der Minimalwert der Bahnbreite der Beschichtungsbahn wird dagegen durch die Quererstreckung des langgestreckten Spritzbildes quer zu seiner Längsrichtung bestimmt. Innerhalb dieser Grenzen, die durch den Maximalwert und den Minimalwert bestimmt werden, kann die Bahnbreite durch eine geeignete Drehung des Applikationsgeräts stufenlos eingestellt werden.
Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff einer Verdrehung des Applikationsgeräts stellt vorzugsweise auf das gesamte Applikationsgerät ab, das verdreht wird. Davon zu unterscheiden ist beispielsweise die Drehung des Glockentellers bei einem herkömmlichen Rotationszerstäuber. Entscheidend ist nämlich, dass die Verdrehung des Applikationsgeräts auch zu einer entsprechenden Verdrehung des Spritzbildes auf der Bauteiloberfläche führt.
Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Verdrehwinkel des Applikationsgerätes in Bezug auf den Bahnverlauf auch einen Einfluss hat auf die Schichtdicke. Falls das Applikationsgerät so gedreht wird, dass die maximale Bahnbreite erreicht wird, so führt dies zu einer minimalen Schichtdicke, wenn die sonstigen Beschichtungsparameter unverändert bleiben. Falls das Applikationsgerät dagegen so gedreht wird, dass die Bahnbreite minimal ist, so führt dies zu einer maximalen Schichtdicke, wenn die sonstigen Beschichtungsparameter unbeeinflusst bleiben. Der Verdrehwinkel des Applikationsgerätes hat also einen Einfluss auf die resultierende Schichtdicke, was an sich unerwünscht ist, da die Schichtdicke möglichst konstant sein sollte.
Im Rahmen der Erfindung wird deshalb dieser störende Einfluss des Verdrehwinkels auf die Schichtdicke vorzugsweise kompensiert, um eine konstante Schichtdicke zu erreichen. In Abhängigkeit von der zulässigen Schichtdickentoleranz ist es jedoch nicht immer zwingend erforderlich, die Schichtdickenabweichungen durch die Verdrehung des Applikators zu kompensieren.
Eine Möglichkeit zur Kompensation dieser störenden Auswirkung des Verdrehwinkels auf die Schichtdicke besteht darin, die Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgerätes entlang der Beschichtungsbahn entsprechend zu verändern. Falls das Applikationsgerät so gedreht wird, dass eine maximale Bahnbreite der Beschichtungsbahn und eine entsprechend minimale Schichtdicke erreicht werden, so wird das unerwünschte Absinken der Beschichtungsdicke durch eine Verlangsamung der Verfahrgeschwindigkeit kompensiert. Falls das Applikationsgerät dagegen so gedreht wird, dass eine minimale Bahnbreite und eine entsprechend maximale Schichtdicke erreicht werden, so wird die unerwünschte Anhebung der Schichtdicke durch eine entsprechende Erhöhung der Verfahrgeschwindigkeit kompensiert.
Eine andere Möglichkeit der Kompensation des störenden Einflusses der Drehung des Applikationsgerätes auf die Schichtdicke besteht darin, den Beschichtungsmittelstrom entsprechend anzupassen. Falls das Applikationsgerät so gedreht wird, dass die Bahnbreite maximal und die Schichtdicke entsprechend minimal ist, so kann das unerwünschte Absinken der Schichtdicke durch eine entsprechende Anhebung des Beschichtungsmittelstroms (Massenstrom bzw. Volumenstrom) kompensiert werden. Falls das Applikationsgerät dagegen so gedreht wird, dass die Bahnbreite minimal und die Schichtdicke entsprechend maximal ist, so kann das unerwünschte Ansteigen der Schichtdicke dadurch kompensiert werden, dass der Beschichtungsmittelstrom verringert wird.
Die vorstehend beschriebene Anpassung der Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgerätes in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel des Applikationsgerätes kann im Rahmen der Erfindung nach folgender Formel erfolgen: $V (α) = V 0 / \cos (α),$
mit:

α :: Verdrehwinkel zwischen der Längsrichtung des Spritzbildes und der Bahnquerrichtung,
V0 :: Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgerätes, wenn der Verdrehwinkel α zwischen der Längsrichtung des Spritzbildes und der Bahnquerrichtung Null ist,
V(α) :: Angepasste Verfahrgeschwindigkeit bei dem aktuellen Verdrehwinkel α zur Erreichung einer möglichst konstanten Schichtdicke.

Zur Lackierung großer Bauteiloberflächen (z.B. Dach einer Kraftfahrzeugkarosserie) sieht die Erfindung vor, dass mehrere nebeneinanderliegende Beschichtungsbahnen auf die Bauteiloberfläche aufgebracht werden, wobei die benachbarten Bauteiloberflächen möglichst lückenlos und ohne Überlappungen aneinander angrenzen sollten, um überbeschichtete Bereiche und unterbeschichtete Bereiche zu vermeiden.
Dies ist relativ einfach bei der Beschichtung von rechteckigen Bauteiloberflächen, da dann einfach parallele Beschichtungsbahnen aufgebracht werden können.
Die Erfindung eignet sich jedoch auch für die Beschichtung von Bauteiloberflächen, die als Ganzes nicht exakt rechteckig sind, wie es bei Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen meist der Fall ist. Die Erfindung sieht dann vor, dass die aufgebrachten Beschichtungsbahnen ebenfalls nicht exakt rechteckig sind, um sich an die nicht rechteckige Bauteiloberfläche anzupassen. Dies kann im Rahmen der Erfindung erreicht werden, indem das Applikationsgerät beim Abfahren der einzelnen Beschichtungsbahnen kontinuierlich gedreht wird, um jeweils die gewünschte Bahnbreite zu erreichen. Das Applikationsgerät wird also beim Abfahren der einzelnen Beschichtungsbahnen jeweils so gedreht, dass keine Überlappungen mit benachbarten Beschichtungsbahnen oder Lücken zwischen den benachbarten Beschichtungsbahnen auftreten.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Applikationsgerät von einem mehrachsigen Applikationsroboter über die Bauteiloberfläche bewegt. Derartige Applikationsroboter sind aus dem Stand der Technik bekannt und müssen deshalb nicht näher beschrieben werden. Es ist an dieser Stelle lediglich zu erwähnen, dass der Applikationsroboter vorzugsweise ein mehrachsiger Roboter mit beispielsweise sechs oder sieben Achsen und einer seriellen Kinematik ist, wobei der Applikationsroboter wahlweise ortsfest oder verschiebbar montiert sein kann.
Der Applikationsroboter und das Applikationsgerät werden im Betrieb von einer Robotersteuerung entsprechend einem Parametersatz gesteuert, wobei der Parametersatz beispielsweise die Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgerätes, die Beschleunigung des Applikationsgerätes, den Verdrehwinkel des Applikationsgerätes, die Verdrehgeschwindigkeit des Applikationsgerätes, den applizierten Beschichtungsmittelstrom oder den Beschichtungsabstand vorgeben kann.
Im Rahmen der Erfindung besteht die Möglichkeit, dass dieser Parametersatz während der Bewegung entlang der Beschichtungsbahn verändert wird, d. h. innerhalb einer Beschichtungsbahn.
Diese Veränderung des Parametersatzes kann beispielsweise kontinuierlich erfolgen. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass die Beschichtungsbahn in mehrere hintereinanderliegende Bahnabschnitte unterteilt wird, die nacheinander abgefahren werden, wobei der Parametersatz zur Ansteuerung des Applikationsgerätes und des Applikationsroboters innerhalb der einzelnen Bahnabschnitte jeweils konstant gehalten wird und sich von einem Bahnabschnitt zum nächsten ändert.
Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass die Bahnbreite der aufgebrachten Beschichtungsbahn verändert werden kann, indem das Applikationsgerät entsprechend gedreht wird. Der Verdrehwinkel des Applikationsgerätes wird deshalb im Rahmen der Erfindung vorzugsweise in Abhängigkeit von der gewünschten Bahnbreite und der maximalen Breite des Spritzbildes entlang seiner Längsrichtung berechnet. Beispielsweise kann diese Berechnung nach folgender Formel erfolgen: $α=arccos (SB 2 / SB 1),$
mit:

SB1:: Breite des Spritzbildes entlang der Längsrichtung des Spritzbildes,
SB2:: Gewünschte Bahnbreite der Beschichtungsbahn,
α:: Verdrehwinkel zwischen der Längsrichtung des Spritzbildes und der Bahnquerrichtung.

Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass der Parametersatz zur Ansteuerung des Applikationsroboters und des Applikationsgerätes von einem Bahnabschnitt zum anderen Bahnabschnitt geändert werden kann. Vorzugsweise erfolgt diese Änderung in einem Übergangsabschnitt.
Der Verdrehwinkel des Applikationsgerätes am Ende des Übergangsabschnittes berechnet sich vorzugsweise nach folgender Formel: $α 3 =arccos (SB 3 / SB 1),$
mit:

α3 :: Verdrehwinkel am Ende des Übergangsabschnittes,
SB1:: Bahnbreite am Anfang des Übergangsabschnittes,
SB3:: Bahnbreite am Ende des Übergangsabschnittes.

Die Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgeräts am Ende des Übergangsabschnittes berechnet sich dagegen vorzugsweise nach folgender Formel: $V 3 = V 1 / \cos (α 3),$
mit:

V3 :: Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgerätes am Ende des Übergangsabschnittes,
V1 :: Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgerätes am Anfang des Übergangsabschnittes,
α3 :: Verdrehwinkel des Applikationsgerätes am Ende des Übergangsabschnittes.

Entlang dem Übergangsabschnitt erfährt das Applikationsgerät dann eine Beschleunigung, die sich vorzugsweise nach folgender Formel berechnet: $a 2 = {(V 3 - V 1)}^{2} / S 2,$
mit:

a2:: Beschleunigung des Applikationsgerätes während des Übergangsabschnittes,
V3:: Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgerätes am Ende des Übergangsabschnittes,
V1:: Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgerätes am Anfang des Übergangsabschnittes,
S2:: Länge des Übergangsabschnittes.

Die Abschnittslänge S2 des Übergangsabschnittes berechnet sich dann vorzugsweise nach folgender Formel: $S 2 = [α 3 \cdot (V 3 - V 1)] / ω 2,$

mit:

S2:: Länge des Übergangsabschnittes,
α3:: Verdrehwinkel des Applikationsgerätes am Ende des Übergangsabschnittes,
V3:: Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgerätes am Ende des Übergangsabschnittes,
V1:: Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgerätes am Anfang des Übergangsabschnittes,
ω2 :: Verdrehgeschwindigkeit des Applikationsgerätes auf dem Übergangsabschnitt.

Die Verdrehgeschwindigkeit des Applikationsgerätes auf dem Übergangsabschnitt berechnet sich dann vorzugsweise nach folgender Formel: $ω 2 = V 1 / SB 1 \cdot ΔSD% \cdot 360°/π,$
mit:

ω2 :: Verdrehgeschwindigkeit des Applikationsgerätes auf dem Übergangsabschnitt,
V1 :: Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgerätes am Anfang des Übergangsabschnittes,
SB1 :: Bahnbreite am Anfang des Übergangsabschnittes,
ΔSD% :: Schichtdickentoleranz.

Ferner ist zu erwähnen, dass das Spritzbild vorzugsweise scharfkantig ist, wodurch sich das Applikationsgerät beispielsweise von Rotationszerstäubern unterscheidet.
Darüber hinaus kann das Spritzbild im Wesentlichen rechteckig sein. Im Rahmen der Erfindung sind jedoch auch andere Formen von Spritzbildern möglich, wie beispielsweise elliptische Spritzbilder.
Zu den Beschichtungsbahnen ist zu erwähnen, dass diese gekrümmt sein können, um sich an eine ungerade Bauteilkante anzuschmiegen. Darüber hinaus können die Beschichtungsbahnen beispielsweise konvex oder konkav sein. Die Seitenränder der Beschichtungsbahnen müssen also bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren nicht parallel zueinander verlaufen, da die Bahnbreite durch eine entsprechende Drehung des Applikationsgerätes beeinflusst werden kann.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass das Applikationsgerät vorzugsweise so über die Bauteiloberfläche geführt wird, dass der Beschichtungsmittelstrahl am Auftreffpunkt des Beschichtungsmittelstrahls im Wesentlichen rechtwinklig zu der Bauteiloberfläche ausgerichtet ist.
Schließlich ist noch zu erwähnen, dass die Erfindung auch eine entsprechende Beschichtungsanlage umfasst, wie sich bereits aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, sodass auf eine separate Beschreibung der Beschichtungsanlage an dieser Stelle verzichtet werden kann.
Hierbei dreht eine Robotersteuerung das Applikationsgerät während der Bewegung entlang der Beschichtungsbahn um die Strahlachse, so dass sich der Verdrehwinkel zwischen der Längsrichtung des Spritzbildes und der Beschichtungsbahn entlang der Beschichtungsbahn ändert.
Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff einer Robotersteuerung ist hierbei allgemein zu verstehen und kann unter anderem alle Hardware- und Softwarekomponenten umfassen, die der Steuerung des Applikationsgerätes und des Applikationsroboters dienen.
Die Robotersteuerung kann zentral in einer einzigen Baugruppe konzentriert sein. Es ist jedoch alternativ auch möglich, die verschiedenen Funktionen der Robotersteuerung auf mehrere Baugruppen zu verteilen, die untereinander kommunizieren.
Die gesamten Ansteuerungsvorgänge der Robotersteuerung werden vorzugsweise von einem übergeordneten Softwaretool automatisch bereitgestellt. Unter Eingabe der zu beschichtenden Bauteilgeometrie und gewisser Parameter (z. B. minimal bzw. maximal zulässige Verfahrgeschwindigkeit, einzuhaltende Schichtstärkentoleranz, maximal zulässiger Verdrehwinkel des Applikators, etc.) berechnet das Softwaretool aufbauend auf den beschriebenen mathematischen Berechnungen selbständig den optimalen Bahnverlauf mit entsprechenden Verdrehwinkeln und der geeigneten Orientierung des Applikationsgeräts.
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 Aufsicht auf ein Dach einer Kraftfahrzeugkarosserie, wobei das Dach lackiert werden soll,
Figur 2: eine schematische Darstellung benachbarter Lackierbahnen zur Lackierung des Dachs der Kraftfahrzeugkarosserie gemäß Figur 1 im unteren Bereich von Figur 1,
Figur 3: eine Abwandlung von Figur 2,
Figur 4: eine schematische Darstellung eines Übergangsabschnittes einer Lackierbahn,
Figur 5: eine Abwandlung von Figur 4,
Figur 6: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lackieranlage,
Figur 7: eine schematische Darstellung zur Lackierung mit parallelen Lackierbahnen gemäß dem Stand der Technik, was zu unbeschichteten Bereichen führt, sowie
Figur 8: eine schematische Darstellung von nebeneinanderliegenden Lackierbahnen mit Überlappungen zwischen den benachbarten Lackierbahnen gemäß dem Stand der Technik.

Bei der folgenden Beschreibung der Erfindung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Figuren 7 und 8 Bezug genommen, die herkömmliche Beschichtungsverfahren zeigen. Im Folgenden werden deshalb für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine schematische Darstellung zur Lackierung eines Daches 9 einer Kraftfahrzeugkarosserie mittels eines Applikationsgerätes, welches ein annähernd rechteckiges Spritzbild 2 erzeugt, wie in Figur 2 dargestellt ist.
Die Lackierung des Daches 9 ist problematisch, weil das Dach 9 nicht rechteckig ist, sondern gekrümmte Seitenkanten 10 aufweist. Es ist also nicht möglich, das Dach 9 einfach mit parallelen Beschichtungsbahnen 1 zu lackieren, da dies zu unbeschichteten Bereichen 6 (vgl. Fig. 7) oder zu überbeschichteten Bereichen 8 (vgl. Fig. 8) führen würde.
Die Erfindung sieht deshalb vor, dass das Applikationsgerät entlang dem Bahnverlauf 3 gedreht wird und zwar um die Strahlachse des applizierten Beschichtungsmittelstrahls, wodurch sich das Spritzbild 2 entsprechend dreht. So zeigt Figur 2 jeweils einen Verdrehwinkel α zwischen der Längsrichtung 11 des langgestreckten Spritzbildes 2 einerseits und einer Bahnquerrichtung 12 andererseits, wobei die Bahnquerrichtung jeweils rechtwinklig zu dem Bahnverlauf 3 ausgerichtet ist. Aus Figur 2 ist ersichtlich, dass der Verdrehwinkel α des Spritzbildes 2 entlang dem Bahnverlauf 3 geändert wird, um die Bahnbreite so anzupassen, dass die Beschichtungsbahnen 1 ohne Lücken und ohne Überlappungen aneinander angrenzen und sich dabei an die Bauteilkanten 10 anschmiegen.
Figur 3 zeigt eine Abwandlung von Figur 2 mit einer anderen Anpassung der Verdrehwinkel α entlang dem Bahnverlauf 3. Auch hierbei wird jedoch das gesamte Dach 9 ohne Überlappungen und ohne Lücken zwischen den benachbarten Beschichtungsbahnen 1 lackiert.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung beim Übergang von einem Bahnabschnitt 13 mit einer maximalen Bahnbreite SB1 zu einem Bahnabschnitt 14 mit einer wesentlich geringeren Bahnbreite SB3.
Zwischen den beiden Bahnabschnitten 13, 14 befindet sich hierbei ein Übergangsabschnitt 15 mit einer Bahnbreite SB2, die von einem Wert SB2 = SB1 am Anfang des Bahnabschnitts 15 auf einen Wert SB2 = SB3 am Ende des Übergangsabschnitts 15 angepasst wird. Für diese Anpassung der Bahnbreite SB2 wird jeweils das Spritzbild 2 gedreht, wie in Figur 4 dargestellt ist, wobei verschiedene Drehwinkelzustände entlang des Bahnverlaufs 3 dargestellt sind.
In dem Übergangsabschnitt 15 erfolgt nicht nur eine Änderung des Drehwinkels α2=α1=0° auf α2=α3. Darüber hinaus wird in dem Übergangsabschnitt 15 auch die Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgerätes entlang dem Bahnverlauf 3 angepasst. Dadurch wird erreicht, dass die Schichtdicke von der Änderung des Verdrehwinkels α zwischen dem Bahnabschnitt 13 und dem Bahnabschnitt 14 unbeeinflusst bleibt. So berechnet sich die Verfahrgeschwindigkeit V3 in dem Bahnabschnitt 14 in Abhängigkeit von der Verfahrgeschwindigkeit V1 in dem Bahnabschnitt 13 und dem Verdrehwinkel α3 in dem Bahnabschnitt 14 nach folgender Formel: $V 3 = V 1 / \cos (α 3) .$
In dem Übergangsabschnitt 15 erfährt das Applikationsgerät also eine Beschleunigung a2, die sich wie folgt berechnet: $a 2 = {(V 3 - V 1)}^{2} / S 2,$
wobei S2 die Länge des Übergangsabschnitts 15 entlang dem Bahnverlauf 3 ist.
In dem Übergangsabschnitt 15 wird das Applikationsgerät und damit auch das Spritzbild 2 mit einer Verdrehgeschwindigkeit ω2 gedreht, die von der Schichtstärkentoleranz ΔSD%, der Verfahrgeschwindigkeit V1 in dem Bahnabschnitt 15 und der Bahnbreite SB1 in dem Bahnabschnitt 13 abhängt und nach folgender Formel berechnet werden kann: $ω 2 = V 1 / SB 1 \cdot ΔSD % \cdot 360 ° / π .$
Figur 5 zeigt eine Abwandlung von Figur 4, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird. Eine Besonderheit besteht hierbei darin, dass der Bahnverlauf 3 nicht exakt linear ist, sondern in dem Übergangsabschnitt 15 einen seitlichen Versatz erfährt.
Schließlich zeigt Figur 6 in stark vereinfachter, schematischer Form eine erfindungsgemäße Lackieranlage zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Lackierverfahrens.
Die Lackieranlage besteht im Wesentlichen aus einem mehrachsigen Lackierroboter 16, der in herkömmlicher Weise ausgeführt sein kann und deshalb nicht näher beschrieben werden muss.
Der Lackierroboter 16 wird von einer Robotersteuerung 17 angesteuert, wobei die Robotersteuerung 17 auch ein Applikationsgerät 18 ansteuert, das vor dem Lackierroboter 16 positioniert wird. Die Robotersteuerung 17 steuert den Lackierroboter 16 nun so an, dass das Applikationsgerät 18 in nebeneinanderliegenden Beschichtungsbahnen über eine zu lackierende Bauteiloberfläche 19 geführt wird, wie bereits vorstehend ausführlich beschrieben wurde.
Bei dieser Bewegung des Applikationsgerätes 18 steuert die Robotersteuerung 17 den Lackierroboter 16 so an, dass das Applikationsgerät 18 um eine Strahlachse 20 des Beschichtungsmittelstrahls gedreht werden kann, um die Bahnbreite der applizierten Beschichtungsbahn anpassen zu können, wie bereits vorstehend ausführlich beschrieben wurde.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen und insbesondere ohne das kennzeichnende Merkmal des Hauptanspruchs.

Bezugszeichenliste:

1: Beschichtungsbahnen
2: Spritzbild
3: Bahnverlauf
4: Bauteilkante
5: Bauteilkante
6: Unbeschichteter Bereich der Bauteiloberfläche
7: Längsrichtung des Spritzbildes
8: Überbeschichteter Bereich
9: Dach einer Kraftfahrzeugkarosserie
10: Seitenkante des Dachs
11: Längsrichtung des langgestreckten Spritzbildes
12: Bahnquerrichtung
13: Bahnabschnitt mit maximaler Bahnbreite
14: Bahnabschnitt mit geringer Bahnbreite
15: Übergangsabschnitt
16: Lackierroboter
17: Robotersteuerung
18: Applikationsgerät
19: Bauteiloberfläche
20: Strahlachse des Beschichtungsmittelstrahls
α: Verdrehwinkel zwischen der Längsrichtung des Spritzbildes und der Bahnquerrichtung
α1: Verdrehwinkel in dem Bahnabschnitt 13
α2: Verdrehwinkel in dem Bahnabschnitt 15
α3: Verdrehwinkel in dem Bahnabschnitt 14
ω: Verdrehgeschwindigkeit des Applikationsgeräts
v: Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgeräts
SB1: Maximale Bahnbreite in dem Bahnabschnitt 13
SB2: Bahnbreite in dem Bahnabschnitt 15
SB3: geringe Bahnbreite in dem Bahnabschnitt 14

Claims

Beschichtungsverfahren zur Beschichtung von Bauteilen, insbesondere zur Beschichtung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen in einer Lackieranlage, mit den folgenden Schritten:
a) Bewegen eines Applikationsgeräts (18) über eine zu beschichtende Bauteiloberfläche (9, 19) entlang einer vorgegebenen Beschichtungsbahn (1),

b) Applizieren eines Beschichtungsmittelstrahls (20) mittels des Applikationsgeräts (18) auf die Bauteiloberfläche (9, 19),
b1) wobei der Beschichtungsmittelstrahl (20) appliziert wird während das Applikationsgerät (18) über die Bauteiloberfläche (9, 19) bewegt wird und

b2) wobei der Beschichtungsmittelstrahl (20) bezüglich seiner Strahlachse (20) nicht rotationssymmetrisch ist und deshalb auf der Bauteiloberfläche (9, 19) ein langgestrecktes Spritzbild (2) mit einer bestimmten Längsrichtung (7) erzeugt,

c) Drehen des Applikationsgeräts (18) um die Strahlachse (20) relativ zu der Beschichtungsbahn (1) während der Bewegung des Applikationsgeräts (18), so dass sich die Winkelstellung (α) der Längsrichtung (7) des Spritzbildes (2) relativ zur Bahnquerrichtung entlang der Beschichtungsbahn (1) ändert,
dadurch gekennzeichnet,
d) dass die zu beschichtende Bauteiloberfläche (9, 19) als Ganzes nicht exakt rechteckig ist,

e) dass das Beschichtungsmittel entlang mehrerer nebeneinander liegender Beschichtungsbahnen (1) auf die Bauteiloberfläche (9, 19) aufgebracht wird,

f) dass die einzelnen Beschichtungsbahnen (1) nicht exakt rechteckig sind, um sich an die nicht rechteckige Bauteiloberfläche (9, 19) anzupassen, und

g) dass das Applikationsgerät (18) während der Bewegung entlang den nicht exakt rechteckigen Beschichtungsbahnen (1) um die Strahlachse (20) gedreht wird, um das langgestreckte Spritzbild (2) so zu drehen, dass die gewünschte Bahnbreite (SB1, SB2, SB3) erreicht wird.
Beschichtungsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass das Applikationsgerät (18) um die Strahlachse (20) um einen bestimmten Verdrehwinkel (α) zwischen der Längsrichtung (7) des Spritzbildes (2) und der Bahnquerrichtung gedreht wird, um eine gewünschte Bahnbreite (SB1, SB2, SB3) zu erreichen,

b) dass das Applikationsgerät (18) mit einer bestimmten Verfahrgeschwindigkeit entlang der Beschichtungsbahn (1) bewegt wird, und

c) dass das Applikationsgerät (18) das Beschichtungsmittel mit einem bestimmten Beschichtungsmittelstrom appliziert, und

d) dass die Verfahrgeschwindigkeit und/oder der Beschichtungsmittelstrom in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel (α) angepasst wird, um die Auswirkung der Verdrehung auf die Schichtdicke zu kompensieren.
Beschichtungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgeräts (18) in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel (α) des Applikationsgeräts (18) nach folgender Formel erfolgt: $V (α) = V 0 / \cos (α)$
mit:
V0 : Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgeräts (18), wenn der Verdrehwinkel (α) zwischen der Längsrichtung (7) des Spritzbildes (2) und der Bahnquerrichtung Null ist,

α: Verdrehwinkel (α) zwischen der Längsrichtung (7) des Spritzbildes (2) und der Bahnquerrichtung,

V(α) : Angepasste Verfahrgeschwindigkeit bei dem aktuellen Verdrehwinkel (α).
Beschichtungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass das Applikationsgerät (18) von einem mehrachsigen Applikationsroboter über die Bauteiloberfläche (9, 19) bewegt wird,

b) dass der Betrieb des Applikationsgerätes (18) und des Applikationsroboters (16) von einem Parametersatz gesteuert wird,

c) dass der Parametersatz während der Bewegung entlang der Beschichtungsbahn (1) verändert wird.
Beschichtungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Parametersatz mindestens einen der folgenden Parameter zur Ansteuerung des Applikationsgerätes und des Applikationsroboters umfasst:
a) Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgeräts (18) entlang der Beschichtungsbahn (1),

b) Beschleunigung des Applikationsgeräts (18) entlang der Beschichtungsbahn (1),

c) Verdrehwinkel (α) des Applikationsgeräts (18) zwischen der Längsrichtung (7) des Spritzbildes (2) und der Bahnquerrichtung,

d) Verdrehgeschwindigkeit (ω) des Applikationsgeräts (18),

e) Beschichtungsmittelstrom, der appliziert wird,

f) Beschichtungsabstand zwischen dem Applikationsgerät (18) und der Bauteiloberfläche (9, 19).
Beschichtungsverfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Parametersatz zur Ansteuerung des Applikationsgeräts (18) und des Applikationsroboters (16) entlang der Beschichtungsbahn (1) kontinuierlich geändert wird, oder

b) dass die Beschichtungsbahn (1) in mehrere hintereinander liegende Bahnabschnitte unterteilt wird und der Parametersatz zur Ansteuerung des Applikationsgeräts (18) und des Applikationsroboters (16) innerhalb der einzelnen Bahnabschnitte konstant gehalten wird und zwischen den Bahnabschnitten geändert wird.
Beschichtungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte bei einem Spritzbild (2), das in der Längsrichtung (7) eine bestimmte Spritzbreite (SB1) aufweist:
a) Vorgabe einer gewünschten Bahnbreite (SB2) der Beschichtungsbahn (1),

b) Drehen des Applikationsgeräts (18) um die Strahlachse (20), so dass die Längsrichtung (7) des Spritzbildes (2) um einen Verdrehwinkel (α) zur Bahnquerrichtung angewinkelt ist,

c) Berechnung des Verdrehwinkels (α) in Abhängigkeit von der gewünschten Bahnbreite (SB2) und der Spritzbreite (SB1), insbesondere nach folgender Formel: $α = \arccos (SB 2 / SB 1),$
mit:
SB1: Breite des Spritzbildes (2) entlang der Längsrichtung (7) des Spritzbildes (2),

SB2: Gewünschte Bahnbreite der Beschichtungsbahn (1),

α: Verdrehwinkel zwischen der Längsrichtung (7) des Spritzbildes (2) und der Bahnquerrichtung.
Beschichtungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Beschichtungsbahn (1) zur Anpassung der Bahnbreite einen Übergangsabschnitt (15) mit einer Abschnittslänge S2 aufweist,

b) dass am Anfang des Übergangsabschnitts (15) die Bahnbreite SB1, die Verfahrgeschwindigkeit V1 und der Verdrehwinkel α1 beträgt,

c) dass innerhalb des Übergangsabschnitts (15) die Bahnbreite SB2, die Verfahrgeschwindigkeit V2, die Beschleunigung a2, der Verdrehwinkel α2 und die Verdrehgeschwindigkeit ω2 beträgt,

d) dass am Ende des Übergangsabschnitts (15) die Bahnbreite SB3, die Verfahrgeschwindigkeit V3 und der Verdrehwinkel α3 beträgt,

e) dass der Verdrehwinkel α3 am Ende des Übergangsabschnitts (15) in Abhängigkeit von folgenden Größen berechnet wird:
- Bahnbreite SB1 am Anfang des Übergangsabschnitts (15),

- Bahnbreite SB3 am Ende des Übergangsabschnitts (15), insbesondere nach folgender Formel: $α 3 = \arccos (SB 3 / SB 1)$

f) dass die Verfahrgeschwindigkeit V3 am Ende des Übergangsabschnitts (15) in Abhängigkeit von folgenden Größen berechnet wird:
- Verdrehwinkel α3 am Ende des Übergangsabschnitts (15) berechnet wird,

- Verfahrgeschwindigkeit V1 am Anfang des Übergangsabschnitts (15),
insbesondere nach folgender Formel: $V 3 = V 1 / \cos (α 3)$

g) dass die Beschleunigung a2 innerhalb des Übergangsabschnitts (15) in Abhängigkeit von folgenden Größen berechnet wird:
- Verfahrgeschwindigkeit V1 am Anfang des Übergangsabschnitts (15),

- Verfahrgeschwindigkeit V3 am Ende des Übergangsabschnitts (15),

- Abschnittslänge S2 des Übergangsabschnitts (15), insbesondere nach folgender Formel: $a 2 = {(V 3 - V 1)}^{2} / S 2$

h) dass die Abschnittslänge S2 des Übergangsabschnitts (15) in Abhängigkeit von folgenden Größen berechnet wird:
- Verdrehwinkel α3 am Ende des Übergangsabschnitts (15),

- Verfahrgeschwindigkeit V1 am Anfang des Übergangsabschnitts (15),

- Verfahrgeschwindigkeit V3 am Ende des Übergangsabschnitts (15),

- Verdrehgeschwindigkeit ω2 in dem Übergangsabschnitt (15), insbesondere nach folgender Formel: $S 2 = [α 3 \cdot (V 3 - V 1)] / ω 2$

i) dass die Verdrehgeschwindigkeit ω2 auf dem Übergangsabschnitt (15) in Abhängigkeit von folgenden Größen berechnet wird:
- Verfahrgeschwindigkeit V1 am Anfang des Übergangsabschnitts (15),

- Prozentuale Schichtdickentoleranz ΔSD%,

- Bahnbreite SB1 am Anfang des Übergangsabschnitts (15),
insbesondere nach folgender Formel: $ω 2 = V 1 / SB 1 * ΔSD% * (360 °) / π .$
Beschichtungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass das Applikationsgerät (18) während der Bewegung entlang der Beschichtungsbahn (1) kontinuierlich gedreht wird, und

b) dass das Spritzbild (2) scharfkantig ist, und

c) dass das Spritzbild (2) im Wesentlichen rechteckig ist, und
und

d) dass das Applikationsgerät (18) so über die Bauteiloberfläche (9, 19) geführt wird, dass der Beschichtungsmittelstrahl (20) am Auftreffpunkt des Beschichtungsmittelstrahls (20) im Wesentlichen rechtwinklig zu der Bauteiloberfläche (9, 19) ausgerichtet ist.
Beschichtungsanlage, insbesondere zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit
a) einem Applikationsgerät (18) zur Applikation eines Beschichtungsmittelstrahls (20) auf eine Bauteiloberfläche (9, 19), wobei der Beschichtungsmittelstrahl (20) bezüglich seiner Strahlachse (20) nicht rotationssymmetrisch ist und deshalb auf der Bauteiloberfläche (9, 19) ein langgestrecktes Spritzbild (2) mit einer bestimmten Längsrichtung (7) erzeugt,

b) einem Applikationsroboter (16) zur Führung des Applikationsgeräts (18) entlang einer vorgegebenen Beschichtungsmittelbahn über die Bauteiloberfläche (9, 19), und

c) einer Robotersteuerung (17) zur Ansteuerung des Applikationsroboters (16),

d) wobei die Robotersteuerung (17) das Applikationsgerät (18) während der Bewegung entlang der Beschichtungsbahn (1) um die Strahlachse (20) dreht, so dass sich der Verdrehwinkel (α) zwischen der Längsrichtung (7) des Spritzbildes (2) und der Beschichtungsbahn (1) entlang der Beschichtungsbahn (1) ändert,
dadurch gekennzeichnet,
e) dass die zu beschichtende Bauteiloberfläche (9, 19) als Ganzes nicht exakt rechteckig ist,

f) dass die Robotersteuerung (17) den Applikationsroboter (16) so ansteuert,
f1) dass das Beschichtungsmittel entlang mehrerer nebeneinander liegender Beschichtungsbahnen (1) auf die Bauteiloberfläche (9, 19) aufgebracht wird,

f2) dass die einzelnen Beschichtungsbahnen (1) nicht exakt rechteckig sind, um sich an die nicht rechteckige Bauteiloberfläche (9, 19) anzupassen, und

f3) dass das Applikationsgerät (18) während der Bewegung entlang den nicht exakt rechteckigen Beschichtungsbahnen (1) um die Strahlachse (20) gedreht wird, um das langgestreckte Spritzbild (2) so zu drehen, dass die gewünschte Bahnbreite (SB1, SB2, SB3) erreicht wird.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Robotersteuerung (17) den Applikationsroboter so ansteuert, dass das Applikationsgerät (18) mit einer bestimmten Verfahrgeschwindigkeit entlang der Beschichtungsbahn (1) über die Bauteiloberfläche (9, 19) bewegt wird, und

b) dass die Robotersteuerung (17) die Verfahrgeschwindigkeit des Applikationsgeräts (18) in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel (α) zwischen der Längsrichtung (7) des Spritzbildes (2) und der Bahnquerrichtung anpasst.