EP3554716A1 - Applikationsvorrichtung und verfahren zum applizieren eines beschichtungsmittels - Google Patents

Applikationsvorrichtung und verfahren zum applizieren eines beschichtungsmittels

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EP3554716A1
EP3554716A1 EP17808874.6A EP17808874A EP3554716A1 EP 3554716 A1 EP3554716 A1 EP 3554716A1 EP 17808874 A EP17808874 A EP 17808874A EP 3554716 A1 EP3554716 A1 EP 3554716A1
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EP
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nozzle
nozzles
components
print head
coating
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EP17808874.6A
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Hans-Georg Fritz
Benjamin WÖHR
Marcus Kleiner
Moritz BUBEK
Timo Beyl
Frank Herre
Steffen Sotzny
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Duerr Systems AG
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    • B41J2/2107Ink jet for multi-colour printing characterised by the ink properties
    • B41J2/211Mixing of inks, solvent or air prior to paper contact

Definitions

  • the invention relates to an application device for the serial application of a coating agent on surfaces of workpieces, in particular of motor vehicle bodies and / or their attachments, with a nozzle applicator hereinafter referred to as nozzle print head containing at least one nozzle or preferably a plurality of juxtaposed nozzles containing the coating agent applied as a con tinuous ⁇ rays or individual drops on the surface to be coated.
  • nozzle print head containing at least one nozzle or preferably a plurality of juxtaposed nozzles containing the coating agent applied as a con tinuous ⁇ rays or individual drops on the surface to be coated.
  • application device is meant a device to which besides the nozzle head in particular moved by a coating robot may belong further units such as the coating unit containing supply unit and possibly mixer, color changer and / or a rinsing device / or cleaning ⁇ method.
  • WO 2011/138048 AI for the production of paint drops by Schwingungsbeaufschla ⁇ tion of the coating agent known and allow the coating, namely painting of motor vehicle bodies practically without overspray, because the rays or drops can be directed precisely to the desired surface areas ⁇ who can.
  • the coating without overspray has losses the significant at ⁇ game as described in the said WO 2010/046064 AI advantages such as minimum Be Anlagenungsmaterialver- and simplification of the coating booth by Ver ⁇ zicht to the previously required steps of the overspray removal of a painting booth and / or from a Exhaust air flow.
  • the application efficiency of the printhead may be more than 80%, 90% or even 99%, and in the coating booth, the air sink rate during operation may be less than 0.3 m / s, 0.2 m / s, 0.1 m / s , 0.07 m / s or even 0.05 m / s.
  • An essential component of the nozzle pressure head can be a nozzle plate with openings formed in a plate plane which serve as nozzles.
  • US 9,108,424 B2 also discloses a jet print head having a row of ink jet nozzles for printing on a surface having predetermined patterns, which operates on the so-called drop-on-demand principle.
  • This principle is based on the use of electrical valves, wherein a magnetic valve needle is guided as a piston in a coil and raised by supplying power into the coil. This releases a valve opening so that the the fluid in question, in this case the ink, can emerge as drops of different sizes depending on the opening time.
  • This principle can also be used in the invention described here, however, unlike the prior art, not for ink.
  • the invention is therefore the object of the coating in particular building or on parts of motor vehicle bodies and in particular their total areas in the already proposed manner with virtually no overspray, depending ⁇ but to allow with any multi-component coating compositions.
  • the application device according to the invention initially has a nozzle applicator or nozzle pressure head for application of the coating agent to the component to be coated.
  • nozzle pressure head used in the context of the invention is to be understood generally and merely serves to delimit this nozzle applicator from all atomizers (for example rotary atomizers, air atomizers, airless atomizers, etc.), which produce a spray of the coating to be applied
  • atomizers for example rotary atomizers, air atomizers, airless atomizers, etc.
  • the nozzle Print head radially narrowly limited coating agent jets or drops, wherein the beam is generated continuously, ie in its longitudinal direction contiguous, while the drops are to fly in one and the same direction and to be separated in the direction of flight from each other.
  • the nozzle printhead contains only a single nozzle, which leads to the already mixed coating agent ⁇ , or only two nozzles, of which one nozzle outputs a first component and the other nozzle, a second component.
  • printheads with a large number of, for example, one or more parallel rows of nozzles are preferred.
  • the invention can be realized with all types of printheads or other nozzle applicators, which differ from conventional atomizers in the manner explained above.
  • At least one or two separate supply lines for components of the coating agent to be mixed are provided, which are provided in typical embodiments of the invention for the common supply of all nozzles of the print head with one and the same coating agent or its components. At least two separate supply lines lead to or into the nozzle head if the components are to be mixed there or only after leaving the nozzle. When the mixture, however, is to take place outside the nozzle on the print head ⁇ parent in a mixer, a transition leading from the off to the nozzle head conduit is sufficient.
  • the component ⁇ components are, in typical embodiments, at least one material component (z. B. stock paint) and min ⁇ least a reacting in a known manner with the material component for the curing hardener component.
  • the components remain separated at least as far as the nozzle printhead.
  • An essential advantage of the invention is the fact that for the first time the series-wise fully automatic surface coating, namely painting of complete motor vehicle bodies with arbitrary multicomponent coating agents (including effect paints) is made possible practically without overspray.
  • the nozzles of the printhead are the streams or drops of the coating composition or be ⁇ ner components to avoid overspray specifically draw attention to one zelne points of the surface to be coated.
  • the impact points applied in this case can adjoin one another or overlap one another, as will be described in more detail below.
  • nozzle print head on a multi ⁇ axis coating robot, which moves the nozzle print head over the surface to be coated.
  • this general ⁇ my known 6- or multi-axis painting robots are made with or without linear Mitfahrachse to the prior art in itself.
  • the invention is not limited to conventional robots having 6 or more rotary axes.
  • the nozzle applicator could, for example, be arranged on a linear unit which essentially has only linear axes for the purposefully program-controlled movement of the nozzle pressure head over the surface to be coated.
  • Such Linea pure ⁇ standardized could, for example, temporarily in the workpiece to be coated, such as vehicle bodies on a roof, or instead of On the conveyor (eg the usual skids) are placed and then would have the advantage that accuracy problems of conventional robotic and conveyor systems with respect to the positioning of the nozzle head relative to the workpiece can be avoided.
  • the OF INVENTION ⁇ dung for any multi-component coating composition such as 2K or 3K-paint is suitable (including basecoat and clearcoat paint), primer or priming agent, adhesive or like ⁇ processing agents, or preservatives etc each min ⁇ least have a base component and a hardener component which reacts with this.,.
  • the mixture of components may be performed in various ways and at different points of Ap forcesssys ⁇ tems.
  • the nozzle print head the at least two components to the surface to be coated len ⁇ ken that they mix separated from this.
  • the mixing of the components takes place in this case by the impact of the drops or jets.
  • the printhead it is possible for the printhead to simultaneously eject the components to be mixed.
  • the print head ejects the components to be mixed successively in time from, ie first the one and then the other component (Example ⁇ example first with the base coat, and then the hardener or vice versa). In both cases, the rays or drops strike at substantially the same location.
  • the mixing can also take place in flight, ie the nozzles of the print head are adjusted to each other so that the components are on to hit the path of the surface to be coated.
  • a entspre ⁇ chender distance between the nozzle and the print head to be ⁇ layer forming surface must be adhered by means of the coating robot.
  • the drop of the components of the means of Be Anlagenungs mit- so at different speeds and are ejected at different times to each other that the later ejected drop hits in flight on the first ejected Trop ⁇ fen and mixes with him.
  • the mixing can also take place on or in the nozzle print head, for example with a mixer, which can be designed in a manner known per se as a static or dynamic mixer.
  • the mixer may be arranged in or on the nozzle print head, for example integrated within the print head into a respective inflow channel of the nozzles, where it is connected to the at least two separate feed lines of the application device.
  • the individual nozzles of the nozzle print head can each be designed to mix the components.
  • the respective nozzles may contain at least two channels leading to a nozzle outlet, which in this exemplary embodiment may be concentric with one another, wherein the nozzle outlet may be formed by at least one annular gap and a central opening.
  • the nozzle outlet may be formed by at least one annular gap and a central opening.
  • each of the mentioned possibilities of mixing without mixer it may be appropriate to impart a twist to at least one of the components, but preferably both or all components, whereby they mix better. Constructive possibilities for this are readily available to the person skilled in the art. If the components are not mixed via a mixer, it may be necessary in the application of contiguous jets to ensure the mixing ratio of the two components via a volume flow control of the individual components. When applying drops, the mixing ratio can be determined by the volume of the drops z. B. be controlled by means of different opening times of the nozzles.
  • a mixer could according to another embodiment of the invention also be integrated outside the print head into the supply lines, preferably as close as possible to the nozzle print head or in the vicinity of a color changer.
  • the mixer has respective inputs to de ⁇ NEN it is connected to the at least two separate feed lines, while its output via a common line with the nozzle or nozzles is connected.
  • color changer controlled color change valve arrangements for selecting a desired color inks from a variety supplied different rather colors are generally known.
  • at least one color changer may be provided which is connected to at least one of the supply lines of the application device or the nozzle print head z. B. is connected for a Stammlackkompo- component.
  • the color changer may be suitably arranged movable, in particular to the moving nozzle printhead coating robot, for example, on one of its arms or on a Mitfahrachse of Robo ⁇ ters. The closer the color changer is to the jet print head, the lower the unavoidable loss of colorant and detergent during a color change.
  • the color changer can also be arranged stationarily on, for example, an inner or outer wall of the coating booth of the coating system considered here.
  • the nozzle head may be expedient ge through a die plate ⁇ forms containing as nozzles in a plane of the plate juxtaposed openings.
  • the nozzles can ⁇ preference, be arranged in one or more parallel rows, for example, as columns and rows of a matrix.
  • the longitudinal axes of the nozzles can in the case of corresponding embodiments of the invention run perpendicular to the plane of the plate. In other embodiments, however, the longitudinal axes of adjacent nozzles are inclined at different or equal, for example, opposite, equal angles to the plane of the plate.
  • the nozzles may be connected, for example, in the normal course of coating systems with program control disposed in or on the nozzle print head, if necessary, for example, on the nozzle plate electrical ⁇ 's or pneumatically controlled valves.
  • the control valves may, for example, have an electrically from a coil or pneumatically displaceable piston which closes or opens the nozzle depending on its position.
  • the nozzle head can be rinsed after a given time or duration of operation, approximately hourly or after several hours or at certain times of the day (shift or production end, weekend), etc. or after reaching a certain number of coated workpieces or after reaching a certain output. . .en amount of paint. It may be useful as well to flush the nozzles ⁇ print head after certain events of Be Schweizerungsbe- drive, for example, after each stoppage of a as usual, the vehicle bodies or other workpieces to be coated conveyed through a coating booth belt or other conveying means or after a predetermined number of conveyor shutdowns.
  • the rinsing signal-controlled after a predetermined period of time for example, due to an alarm or fault signal after a period of time after which the reaction of two components has progressed so far that the application system must be flushed to avoid damage.
  • the car body coating flushing can also occur in the so-called bodies gaps, so if waiting in the breaks after coating a car body of Ro boter to the next the promoted ⁇ th through the coating booth body.
  • the flushing can be controlled automatically from ⁇ dependence of time monitoring devices.
  • different rinsing agents can be used for cleaning.
  • each other detergents be useful for example in egg ⁇ nem change of the coating operation between solvent-Elba ⁇ sharim (2K) coating and water-based paint, wherein between the two detergents in addition, a release agent such. B. an alcohol can be used.
  • rinsing agents with different cleaning action can be used (cascading), for example for the reduction of VOC emissions (ie volatile organic compounds), if the content of organic solvent increases in the case of an aqueous rinsing agent.
  • VOC-free rinse is used. This may include programs that will he differ ⁇ applied in its program sequence and / or its Dau for different coatings different Spülpro-.
  • rinsing agent and pulse air can be alternately supplied in a manner known per se.
  • the rinsed paths may then emptied by compressed air and are ge ⁇ dried.
  • e may be useful to apply at least one drop or a de fined amount of the new coating agent or its components through the nozzle.
  • the flushing device provided for the described flushing operations may be formed by at least one flushing agent line leading into the application device parallel to the component feed lines, which may possibly be connected or connectable to all nozzles via a mixer or directly. If a color changer is present, a detergent line can be connected, for example, to an input of the color changer, so that the rinsing agent can be conveyed to the nozzle print head through the supply line z. B. for the parent lacquer component can be ⁇ leads. It is also conceivable a separate leading into the nozzle print head detergent line.
  • an external flushing device for example, which is arranged in the vicinity of the coating robot from accessing this separate flushing device may further be seen ⁇ in the coating system. If a storage ⁇ device for storing the nozzle pressure head in coating breaks is present in the coating system, the flushing device can also be integrated into the storage device.
  • the flushing device should preferably be formed out so that the nozzle channels and also the outer surface of the nozzle print head, so possibly the nozzle plate flushed who ⁇ can.
  • a backwashing of the nozzle plate or nozzle channels may be expedient, wherein the detergent from the outside is pushed inwards through the nozzle channel, for example, to clean a clogged nozzle.
  • the rinsing device For collecting all the fluids exiting during rinsing (from the nozzles), ie coating and rinsing agents and / or aerosols, the rinsing device can be provided with a corresponding catching device, from which they can then be separated off and disposed of.
  • dye or coating agent losses caused by a rinsing process should be limited to at least less than 10 l, but preferably to less than 5 l, 200 ml, 20 ml, 10 ml, 5 ml or even 2 ml, and the need for flushing is hereby limited to less than 10 1, but preferably less than 5 1, 2 1, 200 ml, 100 ml, 50 ml, 20 ml or even 10 ml.
  • nozzle printheads known from the prior art and only suitable for one-component varnish must be adapted to the requirements for two-component coating compositions.
  • the size, so hydraulic cross sections of the nozzles and their channels are to be sized according to the respective mixing ratio.
  • solvent-resistant materials should be used as possible, such as seals made of FFKM (ie perfluororubber).
  • Fig. 1 is a cross-sectional view through an inventive
  • FIG. 2 shows the schematic representation of two nozzles from ⁇ pushed components according to an embodiment of the invention
  • FIG Fig. 4 is a nozzle unit to be used in an embodiment of the invention.
  • the components to be painted on a conveyor 1 are transported at right angles to the plane through a spray booth 2, in which the components then from Lackier ⁇ robots in some manner known per se be painted.
  • the painting robots 3, 4 have two pivotable robot arms and each guide an application device via a multi- axis robot hand axis.
  • it may be robots with six or more rota ⁇ toric axes and possibly a linear driving axis along the conveying path.
  • Painting robots with at least seven rotary axes have the advantage in the vehicle body painting that in many cases can be dispensed with the expense of a driving axis.
  • an air suction are 10 which sucks the cabin air when required by a filter cover 11 passes downwardly from the cabin without the other expenses for collecting and Ab ⁇ part of overspray is required.
  • the air extraction comes out without a filter. This can also be done via arranged near the ground channels.
  • Fig. 2 illustrates an embodiment of the invention in which two components of the coating agent are mixed together only when hitting the surface to be coated by the impact of the drops or jets. These drops o- the beams generated by two schematically shown nozzles Dl and D2, the print head in a common plane of the nozzle are arranged next to one another, wherein the one SI ⁇ se a first component (z. B. master lacquer) and the other SI ⁇ se a second component (hardener) ejects.
  • z. B. master lacquer the print head in a common plane of the nozzle are arranged next to one another, wherein the one SI ⁇ se a first component (z. B. master lacquer) and the other SI ⁇ se a second component (hardener) ejects.
  • the ejection can take place chronologically one after the other or simultaneously at a time 1, and according to the painting distance L of the nozzles D1 and D2 from the surface F to be coated as well as the flying velocities of the components, the two components strike the surface F a little later at a point in time 2 at least approximately at one and the same point P, where they mix with each other.
  • ge ⁇ dashed lines shown discharge directions of the two nozzle Dl and D2 for example, equal and opposite angle or flight ß inclined to each other towards the nozzle against the surface to the area-painting distance L F vertical.
  • the size of the ge ⁇ selected flight angle depends ⁇ it clear also from the measured parallel to the surface F distance between the nozzles Dl and D2 from excluding from the painting distance L and can ⁇ example, between approximately 0 and 90 °.
  • the flight speeds and / or the flight angles of the two components can also be different from each other. If the nozzles D1 and D2 are opened at different times, a displacement movement of the nozzles can also be relieved. tively to the surface F during the application of the two components.
  • Fig. 3 illustrates schematically the overlapping application of coating points on the surface F to be coated, which are usually drops of already mixed components, which then in turn on the surface F by merging together. However, it could also be components that mix only on the surface F to be coated. While the
  • nozzles are moved along the surface F by the coating robot at the given travel speed, and at predetermined consecutive equally spaced times t1 to t5, etc., each generate a coating point, for example one drop at a time, of defined size a.
  • the respective nozzle is so-time ⁇ controls that defined drop distances b arise along the surface F, and thus the respectively desired overlap of the applied drops.
  • FIG. 4 schematically illustrates a nozzle unit 40 designed as a double nozzle for mixing two components of a coating agent (eg 2-component paint) in or on the nozzle print head.
  • the nozzle unit 40 consists essentially of an outer tubular body 41, in which, for example, a cylindrical inner space concentric, for example, a likewise cylindrical inner tube 42 is arranged. While FIG. 4B) shows a longitudinal section through this tubular nozzle unit 40, FIG.
  • FIG. 4A shows a plan view of the lower nozzle end side in FIG. 4B).
  • the outer tube body 41 can, as shown, project outwardly beyond the inner tube 42 on the nozzle end face 43.
  • one component of the coating agent eg master lacquer
  • the second component eg hardener
  • the first-mentioned component could also be passed through the annular gap and consequently the second component through the inner tube.
  • the mixing of the components is carried out in the example considered here on the end face 43 of the illustrated double ⁇ nozzle or nozzle assembly 40, ie, at its outlet, where the mix drops darstellunsclean each formed there with each other. It may be expedient when the respective drop formation does not begin at the same time, but the two nozzle members, so the inner tube 42 and formed as Ringspaltdü ⁇ se outlet 46 (not shown) valves are timed so that first the droplets on the inner tube nozzle and only then the drop is formed at the annular gap nozzle. The reverse order may be appropriate. Instead, however, a simultaneous opening of the two nozzle elements is conceivable.
  • the SI ⁇ send jerk head according to the invention preferably holds a plurality of such Düsenein ⁇ units which may be arranged in particular in a reasonable or more rows.
  • FIG. 4 illustrates a double nozzle unit using the example of droplet formation
  • double nozzles are also conceivable for the production of component jets which are miscible at the nozzle outlets.
  • the two nozzle elements can be controlled by associated controllable valves together and / or individually with respect to their opening times.

Abstract

Eine Applikationsvorrichtung zum serienweisen Applizieren eines Lacks oder sonstigen Beschichtungsmitteln auf Kraftfahrzeugkarossen oder dessen Anbauteile hat einen Düsendruckkopf (8, 9), der eine Mehrzahl von beispielsweise in einer oder mehreren Reihen angeordneten Düsen enthält, die das Beschichtungsmittel als kontinuierliche Strahlen oder einzelne Tropfen auf die zu beschichtende Fläche applizieren. Der Düsendruckkopf ist an einem mehrachsigen Beschichtungsroboter (3, 4) angeordnet. Im Gegensatz zu bisher bekannten Applikationsvorrichtungen dieser Art besteht das Beschichtungsmittel aus mindestens zwei miteinander zu mischenden Komponenten wie z. B. 2K-Lack, die dem Düsendruckkopf (8, 9) über getrennte Zuleitungen zur gemeinsamen Versorgung der Düsen zugeführt werden.

Description

BESCHREIBUNG
Applikationsvorrichtung und Verfahren zum Applizieren eines
Beschichtungsmittels
Die Erfindung betrifft eine Applikationsvorrichtung zum serienweisen Applizieren eines Beschichtungsmittels auf Flächen von Werkstücken, insbesondere von Kraftfahrzeugkarossen und/oder deren Anbauteilen, mit einem im Folgenden als Düsendruckkopf bezeichneten Düsenapplikator, der mindestens eine Düse oder vorzugsweise eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Düsen enthält, die das Beschichtungsmittel als kon¬ tinuierliche Strahlen oder einzelne Tropfen auf die zu be- schichtende Fläche applizieren. Mit „Applikationsvorrichtung" ist eine Vorrichtung gemeint, zu welcher außer dem insbesondere von einem Beschichtungsroboter bewegten Düsendruckkopf weitere Einheiten wie die das Beschichtungsmittel enthaltende Versorgungseinheit und ggf. Mischer, Farbwechsler und/oder eine Spüleinrichtung gehören können. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Applikations- und/oder Reinigungs¬ verfahren .
Zum allgemeinen Stand der Technik kann zunächst z. B. verwie- sen werden auf die DE 10 2010 019 612 AI, die GB 2 367 771 A, die DE 10 2013 002 412 AI, die DE 198 52 079 AI, die WO
2011/044491 AI, die DE 200 17 629 Ul, die DE 694 29 354 T2 und die DE 601 25 369 T2. Sogenannte Düsendruckköpfe sind u. a. aus WO 2010/046064 AI
(für kontinuierliche Lackstrahlen) und WO 2011/138048 AI (für die Erzeugung von Lacktropfen mittels Schwingungsbeaufschla¬ gung des Beschichtungsmittels) bekannt und ermöglichen die Beschichtung, namentlich Lackierung von Kraftfahrzeugkarossen praktisch ohne Overspray, weil die Strahlen bzw. Tropfen punktgenau auf die gewünschten Flächenbereiche gerichtet wer¬ den können. Die Beschichtung ohne Overspray hat die bei¬ spielsweise in der genannten WO 2010/046064 AI beschriebenen erheblichen Vorteile wie minimale Beschichtungsmaterialver- luste und Vereinfachung der Beschichtungskabine durch Ver¬ zicht auf die bisher erforderlichen Maßnahmen zum Entfernen des Oversprays aus einer Lackierkabine und/oder aus einem Ab- luftstrom.
Dennoch können derartige Druckköpfe mit einer Flächenbe- schichtungsleistung von mindestens 1 m2/min, 2 m2/min,
3 m2/min, 4 m2/min oder gar 5 m2/min arbeiten. Der Auftragungswirkungsgrad des Druckkopfes kann mehr als 80 %, 90 % oder sogar 99 % betragen, und in der Beschichtungskabine kann die Luftsinkgeschwindigkeit im Betrieb kleiner sein als 0,3 m/s, 0,2 m/s, 0,1 m/s, 0,07 m/s oder sogar 0,05 m/s.
Wesentlicher Bestandteil des Düsendruckkopfes kann eine Dü- senplatte mit in einer Plattenebene ausgebildeten Öffnungen sein, die als Düsen dienen.
Alle oben erwähnten Merkmale und Vorteile der erwähnten be¬ kannten Düsendruckköpfe gelten auch für die hier beschriebene Erfindung.
Ferner ist beispielsweise aus US 9,108,424 B2 auch ein Düsendruckkopf mit einer Reihe von Tintenstrahl-Düsen zum Bedrucken einer Fläche mit vorbestimmten Mustern bekannt, der nach dem sogenannten Drop-on-Demand-Prinzip arbeitet. Dieses Prinzip beruht auf der Verwendung von elektrischen Ventilen, wobei eine magnetische Ventilnadel als Kolben in einer Spule geführt und durch Stromzufuhr in die Spule angehoben wird. Dadurch wird eine Ventilöffnung freigegeben, so dass das be- treffende Fluid, in diesem Fall die Tinte, in Abhängigkeit von der Öffnungszeit als Tropfen unterschiedlicher Größe austreten kann. Auch dieses Prinzip kann bei der hier beschriebenen Erfindung zur Anwendung kommen, im Unterschied zum Stand der Technik allerdings nicht für Tinte.
Die oben erwähnten Applikationsvorrichtungen und sonstige bereits bekannte Düsendruckköpfe haben alle den Nachteil, dass sie keine Mehrkomponenten-Beschichtungsmittel wie z. B. die bei der Lackierung von Kraftfahrzeugkarossen an sich üblichen 2K- oder 3K-Lacke, Kleber, Dichtmittel, Haftvermittler, Primer usw. applizieren können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Beschich- tung insbesondere von Bau- oder Anbauteilen von Kraftfahrzeugkarossen und insbesondere auch deren Gesamtflächen in der bereits vorgeschlagenen Weise praktisch ohne Overspray, je¬ doch mit beliebigen Mehrkomponenten-Beschichtungsmitteln zu ermöglichen .
Dieser Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Applikations¬ vorrichtung bzw. ein entsprechendes Applikationsverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die erfindungsgemäße Applikationsvorrichtung weist zunächst in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik einen Düsenap- plikator oder Düsendruckkopf zur Applikation des Beschich- tungsmittels auf das zu beschichtende Bauteil auf. Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines „Düsendruck- kopfs" ist allgemein zu verstehen und dient lediglich zur Abgrenzung dieses Düsenapplikators von allen Zerstäubern (z. B. Rotationszerstäuber, LuftZerstäuber, Airless-Zerstäuber usw.), die einen Sprühnebel des zu applizierenden Beschich- tungsmittels abgeben. Im Gegensatz dazu erzeugt der Düsen- druckkopf radial eng begrenzte Beschichtungsmittelstrahlen oder Tropfen, wobei der Strahl kontinuierlich, d. h. in seiner Längsrichtung zusammenhängend erzeugt wird, während die Tropfen in ein und dieselbe Richtung fliegen und in der Flug- richtung voneinander getrennt sein sollen. Prinzipiell denkbar ist es, dass der Düsendruckkopf nur eine einzige Düse enthält, der das bereits gemischte Beschichtungsmittel zuge¬ führt wird, oder nur zwei Düsen, von denen die eine Düse eine erste Komponente und die andere Düse eine zweite Komponente ausgibt. Zu bevorzugen sind aber Druckköpfe mit einer Viel¬ zahl von beispielsweise einer oder mehreren parallelen Reihen von Düsen.
Die Erfindung ist im Übrigen mit allen Arten von Druckköpfen oder sonstigen Düsenapplikatoren realisierbar, die sich in der oben erläuterten Weise von üblichen Zerstäubern unterscheiden .
Darüber hinaus sind erfindungsgemäß mindestens eine oder zwei getrennte Zuleitungen für miteinander zu mischende Komponenten des Beschichtungsmittels vorgesehen, die bei typischen Ausführungsformen der Erfindung zur gemeinsamen Versorgung aller Düsen des Druckkopfes mit ein und demselben Beschichtungsmittel oder dessen Komponenten vorgesehen sind. Mindes- tens zwei getrennte Zuleitungen führen zu dem oder in den Düsendruckkopf, wenn die Komponenten dort oder erst nach Verlassen des Düsendruckkopfes gemischt werden sollen. Wenn die Mischung dagegen in einem außerhalb des Düsendruckkopfes an¬ geordneten Mischer erfolgen soll, genügt eine von dessen Aus- gang in den Düsendruckkopf führende Leitung. Bei den Kompo¬ nenten handelt es sich bei typischen Ausführungsbeispielen um mindestens eine Materialkomponente (z. B. Stammlack) und min¬ destens eine in an sich bekannter Weise mit der Materialkomponente für deren Aushärtung reagierende Härterkomponente. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung bleiben die Komponenten mindestens bis in den Düsendruckkopf hinein getrennt . Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass erstmalig die serienweise vollautomatische Flächenbe- schichtung, namentlich Lackierung von vollständigen Kraftfahrzeugkarossen mit beliebigen Mehrkomponenten- Beschichtungsmitteln (einschließlich Effektlacken) praktisch ohne Overspray ermöglicht wird.
Wie schon erläutert wurde, sollen die Düsen des Druckkopfes die Strahlen oder Tropfen des Beschichtungsmittels oder sei¬ ner Komponenten zur Vermeidung von Overspray gezielt auf ein- zelne Punkte der zu beschichtenden Fläche lenken. Die hierbei applizierten Auftreffpunkte können aneinander angrenzen oder einander überlappen, wie noch genauer beschrieben wird.
In Übereinstimmung mit dem Stand der Technik ist es auch bei der Erfindung zweckmäßig, den Düsendruckkopf an einem mehr¬ achsigen Beschichtungsroboter anzuordnen, der den Düsendruckkopf über die zu beschichtende Fläche bewegt. Beispielsweise kann hierzu auf die aus dem Stand der Technik an sich allge¬ mein bekannten 6- oder mehrachsigen Lackierroboter mit oder ohne lineare Mitfahrachse verwiesen werden.
Die Erfindung ist aber nicht auf übliche Roboter mit 6 oder mehr rotatorischen Achsen beschränkt. Stattdessen könnte der Düsenapplikator beispielsweise an einer Lineareinheit ange- ordnet werden, die im Wesentlichen nur lineare Achsen zur zweckmäßig programmgesteuerten Bewegung des Düsendruckkopfes über die zu beschichtende Fläche hat. Eine solche Linearein¬ heit könnte beispielsweise temporär auf das zu beschichtende Werkstück, etwa auf ein Karossendach, oder stattdessen auch auf dessen Förderer (z. B. die üblichen Skids) aufgesetzt werden und hätte dann den Vorteil, dass Genauigkeitsprobleme herkömmlicher Roboter- und Fördersysteme hinsichtlich der Positionierung des Düsendruckkopfes relativ zu dem Werkstück vermieden werden können.
Wie ebenfalls schon erläutert wurde, eignet sich die Erfin¬ dung für beliebige Mehrkomponenten-Beschichtungsmittel wie etwa 2K- oder 3K-Lack (einschließlich Basislack und Klar- lack) , Grundierungs- oder Primer-Mittel, Kleb- oder Dich¬ tungsmittel oder Konservierungsmittel usw., die jeweils min¬ destens eine Stammkomponente und eine mit diesem reagierende Härterkomponente haben. Die Mischung der Komponenten kann auf verschiedene Art und Weise und an unterschiedlichen Stellen des Applikationssys¬ tems durchgeführt werden.
So kann der Düsendruckkopf die mindestens zwei Komponenten voneinander getrennt so auf die zu beschichtende Fläche len¬ ken, dass sie sich auf dieser vermischen. Das Vermischen der Komponenten erfolgt hierbei also durch den Impact der Tropfen oder Strahlen. Es besteht die Möglichkeit, dass der Druckkopf die zu mischenden Komponenten gleichzeitig ausstößt. Bei an- deren Ausführungsformen der Erfindung stößt der Druckkopf die zu mischenden Komponenten aber zeitlich nacheinander aus, also zuerst die eine und dann die andere Komponente (beispiels¬ weise zuerst den Stammlack und dann den Härter, oder umgekehrt) . In beiden Fällen treffen die Strahlen bzw. Tropfen an im Wesentlichen derselben Stelle auf.
Gemäß einer anderen Möglichkeit der Erfindung kann das Mischen auch im Flug erfolgen, d. h. die Düsen des Druckkopfes sind so zueinander angestellt, dass die Komponenten sich auf dem Weg der zu beschichtenden Fläche treffen. Hierbei muss beispielsweise mittels des Beschichtungsroboters ein entspre¬ chender Abstand zwischen dem Düsendruckkopf und der zu be¬ schichtenden Fläche eingehalten werden. Weiterhin ist es mög- lieh, dass die Tropfen der Komponenten des Beschichtungsmit- tels so mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und zeitlich versetzt zueinander ausgestoßen werden, dass der später ausgestoßene Tropfen im Flug auf den zuerst ausgestoßenen Trop¬ fen trifft und sich mit ihm vermischt.
Wie schon erwähnt wurde, lassen sich mit z. B. elektrisch ventilgesteuerten Düsen Tropfen unterschiedlicher Größe erzeugen. Durch unterschiedliche Tropfengrößen lässt sich erfindungsgemäß u. a. das Mischungsverhältnis einstellen, wenn die Komponenten erst nach Verlassen der Düsen gemischt werden .
Gemäß einer weiteren Möglichkeit der Erfindung kann das Mischen aber auch an oder in dem Düsendruckkopf erfolgen, bei- spielsweise mit einem Mischer, der in an sich bekannter Weise als statischer oder dynamischer Mischer ausgebildet sein kann. Der Mischer kann in oder an dem Düsendruckkopf angeordnet sein, beispielsweise innerhalb des Druckkopfes integriert in einen jeweiligen Zuflusskanal der Düsen, wo er mit den mindestens zwei getrennten Zuleitungen der Applikationsvorrichtung verbunden ist.
Gemäß einer anderen Möglichkeit, die Komponenten im Druckkopf zu mischen, können auch die einzelnen Düsen des Düsendruck- kopfes jeweils zum Vermischen der Komponenten ausgebildet sein. Gemäß einem entsprechenden Ausführungsbeispiel der Erfindung können die jeweiligen Düsen mindestens zwei zu einem Düsenauslass führende Kanäle enthalten, die bei diesem Aus¬ führungsbeispiel konzentrisch zueinander verlaufen können, wobei der Düsenauslass durch mindestens einen Ringspalt und eine zentrale Öffnung gebildet sein kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich also bei jeder Düse des Düsen¬ druckkopfes eigentlich um eine Einheit mit mindestens zwei Düsenelementen, nämlich den Auslassöffnungen dieser Düseneinheit.
Insbesondere bei jeder der erwähnten Möglichkeiten des Vermischens ohne Mischer kann es zweckmäßig sein, mindestens einer der Komponenten, vorzugsweise aber beiden oder allen Komponenten einen Drall zu erteilen, wodurch sie sich besser vermischen. Konstruktive Möglichkeiten hierfür stehen dem Fachmann ohne weiteres zur Verfügung. Werden die Komponenten nicht über einen Mischer gemischt, kann es bei der Applikation von zusammenhängenden Strahlen notwendig sein, über eine Volumenstromregelung der Einzelkomponenten das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten sicherzustellen. Bei der Applikation von Tropfen kann das Mi- schungsverhältnis über das Volumen der Tropfen z. B. mittels unterschiedlicher Öffnungszeiten der Düsen gesteuert werden.
Wenn ein Mischer vorgesehen sein soll, könnte er gemäß einer weiteren Möglichkeit der Erfindung auch außerhalb des Druck- kopfes in die Zuleitungen integriert werden, vorzugsweise möglichst nahe dem Düsendruckkopf oder in der Nähe eines Farbwechslers. Der Mischer hat entsprechende Eingänge, an de¬ nen er mit den mindestens zwei getrennten Zuleitungen verbunden ist, während sein Ausgang über eine gemeinsame Leitung mit der oder den Düsen verbunden ist.
Üblicherweise als Farbwechsler bezeichnete gesteuerte Farb- wechselventilanordnungen zur Auswahl eines jeweils gewünschten Farblacks aus einer Vielzahl zugeführter unterschiedli- eher Farben sind an sich allgemein bekannt. Auch bei der Erfindung kann mindestens ein Farbwechsler vorgesehen sein, der an mindestens eine der Zuleitungen der Applikationsvorrichtung oder des Düsendruckkopfes z. B. für eine Stammlackkompo- nente angeschlossen ist. Der Farbwechsler kann zweckmäßig bewegbar angeordnet sein, insbesondere an dem den Düsendruckkopf bewegenden Beschichtungsroboter, beispielsweise auf einem seiner Arme oder auch auf einer Mitfahrachse des Robo¬ ters. Je näher der Farbwechsler dem Düsendruckkopf ist, umso geringer sind die unvermeidbaren Färb- und Spülmittelverluste bei einem Farbwechsel. Stattdessen kann der Farbwechsler aber auch stationär beispielsweise an einer Innen- oder Außenwand der Beschichtungskabine der hier betrachteten Beschichtungs- anlage angeordnet sein.
Der Düsendruckkopf kann zweckmäßig durch eine Düsenplatte ge¬ bildet sein, die als Düsen in einer Plattenebene nebeneinander angeordnete Öffnungen enthält. Die Düsen können vorzugs¬ weise in einer oder mehreren parallelen Reihen angeordnet sein, beispielsweise auch als Spalten und Zeilen einer Matrix. Die Längsachsen der Düsen können bei entsprechenden Ausführungsformen der Erfindung senkrecht zu der Plattenebene verlaufen. Bei anderen Ausführungsformen sind die Längsachsen benachbarter Düsen dagegen um unterschiedliche oder gleiche, beispielsweise entgegengesetzte gleiche Winkel gegen die Plattenebene geneigt.
Zur automatischen Steuerung ihrer Öffnungszeiten können die Düsen beispielsweise im Rahmen der für Beschichtungsanlagen üblichen Programmsteuerung mit in oder an dem Düsendruckkopf, ggf. beispielsweise an der Düsenplatte angeordneten elektri¬ schen oder pneumatisch gesteuerten Ventilen verbunden sein. Die Steuerventile können beispielsweise einen elektrisch von einer Spule oder pneumatisch verschiebbaren Kolben haben, der in Abhängigkeit von seiner Stellung die Düse verschließt oder öffnet .
Gemäß einem speziell für Mehrkomponenten-Beschichtungsmittel wichtigen Aspekt der erfindungsgemäßen Applikationsvorrichtung ist deren Reinigung vor und nach Beschichtungsvorgängen . Beispielsweise kann der Düsendruckkopf jeweils nach einer vorgegebenen Zeit oder Betriebsdauer gespült werden, etwa stündlich oder nach jeweils mehreren Stunden oder zu bestimmten Tageszeiten (Schicht- oder Produktionsende, Wochenende) usw. oder nach Erreichen einer bestimmten Anzahl beschichteter Werkstücke oder nach Erreichen einer bestimmten ausgesto- ßenen Lackmenge. Ebenso kann es sinnvoll sein, den Düsen¬ druckkopf nach bestimmten Ereignissen des Beschichtungsbe- triebs zu spülen, beispielsweise nach jedem Stillstand einer wie üblich die Fahrzeugkarossen oder sonstigen zu beschichtenden Werkstücke durch eine Beschichtungskabine fördernden Band- oder sonstigen Fördereinrichtung oder auch nach einer vorbestimmten Anzahl von Förderstillständen. Ferner kann das Spülen signalgesteuert nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer erfolgen, beispielsweise aufgrund eines Alarm- oder Störungsmeldesignals nach Ablauf einer Zeitdauer, nach der die Reaktion von zwei Komponenten so weit fortgeschritten ist, dass das Applikationssystem zur Schadensvermeidung gespült werden muss. Bei der Karossenbeschichtung kann das Spülen auch in den sogenannten Karossenlücken erfolgen, also wenn in den Pausen nach dem Beschichten einer Karosse der Ro- boter auf die nächste durch die Beschichtungskabine geförder¬ te Karosse wartet. Die Spülvorgänge können automatisch in Ab¬ hängigkeit von Zeitüberwachungseinrichtungen gesteuert werden . Zum Reinigen können je nach Anwendungsfall unterschiedliche Spülmittel verwendet werden. So können beispielsweise bei ei¬ nem Wechsel des Beschichtungsbetriebs zwischen lösemittelba¬ siertem (2K-)Lack und Wasserlack jeweils andere Spülmittel zweckmäßig sein, wobei zwischen den beiden Spülmitteln auch zusätzlich ein Trennmittel wie z. B. ein Alkohol zum Einsatz kommen kann. Ferner können Spülmittel mit unterschiedlicher Reinigungswirkung verwendet werden (Kaskadierung) , etwa zur Reduzierung von VOC-Emissionen (also flüchtiger organischer Verbindungen) , wenn bei einem wässrigen Spülmittel der Gehalt an organischem Lösemittel ansteigt. Es sind aber auch Univer- sal-Spülmittel für Wasserlack und Lösemittellack bekannt. Vorzugsweise wird VOC-freies Spülmittel verwendet. Hierzu können für unterschiedliche Lacke unterschiedliche Spülpro- gramme, die sich in ihrer Programmabfolge und/oder ihrer Dau¬ er unterscheiden, angewendet werden.
Ferner kann es zweckmäßig sein, die von einer oder mehr Komponenten des Beschichtungsmittels berührten Innen- oder Au- ßenflächen des Düsendruckkopfes insbesondere vor einer ge¬ planten Arbeitsunterbrechung mit einem Fluid zu befüllen oder zu benetzen, das Ablagerungen des Beschichtungsmittels und/oder die Reaktion von zwei Komponenten des Beschichtungsmittels mindestens im Wesentlichen verhindert (mit Reaktion ist im Rahmen der Erfindung in der Regel eine chemische und/oder Aushärtungsreaktion gemeint).
Zum Spülen kann in an sich bekannter Weise abwechselnd Spülmittel und Pulsluft zugeführt werden. Zusätzlich oder statt- dessen kann auch mit einem Aerosol gespült werde. Wenn es sich nach dem Spülen als erforderlich erweist, können die gespülten Wege anschließend mit Druckluft entleert bzw. ge¬ trocknet werden. Nach dem Spülen ist zweckmäßig, die betreffenden Wege vor Be schichtungsbeginn wieder mit dem Beschichtungsmittel oder dessen Komponenten zu befüllen, was in Beschichtungsanlagen üblicherweise als Andrücken bezeichnet wird. Optional kann e hierbei sinnvoll sein, mindestens einen Tropfen oder eine de finierte Menge des neuen Beschichtungsmittels oder seiner Komponenten durch die Düse auszubringen.
Die für die beschriebenen Spülvorgänge vorgesehene Spülein- richtung kann durch mindestens eine parallel zu den Komponentenzuleitungen in die Applikationsvorrichtung führende Spülmittelleitung gebildet sein, die ggf. über einen Mischer oder unmittelbar mit allen Düsen verbunden oder verbindbar sein kann. Wenn ein Farbwechsler vorhanden ist, kann eine Spülmit- telleitung beispielsweise an einen Eingang des Farbwechslers angeschlossen sein, so dass das Spülmittel dem Düsendruckkopf durch die Zuleitung z. B. für die Stammlackkomponente zuge¬ führt werden kann. Denkbar ist auch eine separat in den Düsendruckkopf führende Spülmittelleitung.
Bei zweckmäßigen Ausführungsformen der Erfindung kann ferner in der Beschichtungsanlage eine externe Spüleinrichtung vor¬ gesehen sein, beispielsweise eine in der Nähe des Beschich- tungsroboters von diesem erreichbar angeordnete gesonderte Spülvorrichtung. Wenn in der Beschichtungsanlage eine Ablage¬ vorrichtung zum Ablegen des Düsendruckkopfes in Beschich- tungspausen vorhanden ist, kann die Spülvorrichtung auch in die Ablagevorrichtung integriert sein.
In jedem Fall soll die Spüleinrichtung vorzugsweise so ausge bildet sein, dass die Düsenkanäle und auch die Außenfläche des Düsendruckkopfes, also ggf. der Düsenplatte gespült wer¬ den können. Ferner kann ein Rückspülen der Düsenplatte oder Düsenkanäle zweckmäßig sein, wobei das Spülmittel von außen nach innen durch den Düsenkanal gedrückt wird, beispielsweise um eine verstopfte Düse zu reinigen. Dadurch kann ein sonst erforderlicher Wechsel des Düsendruckkopfes bzw. der Düsenplatte entfallen und somit Material und Arbeitszeit einge- spart werden. Zum Auffangen aller beim Spülen (aus den Düsen) austretender Fluide, also Beschichtungs- und Spülmittel und/oder Aerosole kann die Spülvorrichtung mit einer entsprechenden Auffangeinrichtung versehen sein, aus der sie dann abgeschieden und entsorgt werden können.
Generell sollen möglichst geringe Verluste an Beschichtungs- mittel und Spülmittel auftreten und VOC-Emissionen vermieden werden. Bei den hier beschriebenen Applikationsverfahren sollen durch einen Spülvorgang verursachte Färb- bzw. Beschich- tungsmittelverluste beschränkt werden auf jedenfalls weniger als 10 1, vorzugsweise aber auf weniger als 5 1, 200 ml, 20 ml, 10 ml, 5 ml oder sogar 2 ml, und der Spülmittelbedarf soll hierbei auf weniger als 10 1, vorzugsweise aber weniger als 5 1, 2 1, 200 ml, 100 ml, 50 ml, 20 ml oder sogar 10 ml beschränkt werden.
Um den Farbverlust und den Spülmittelverbrauch bei einem Farbwechsel zu reduzieren, kann es bei der Verarbeitung von Mehrkomponentenlacken auch genügen, dass nur die von der farbgebenden Komponente z. B. eines 2K-Basislacks oder 2K-
Klarlacks und die von dem Gemisch beider Komponenten berührten Bereiche gespült werden.
In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass speziell dann, wenn die Mischung der Komponenten erst bei oder nach Verlassen der Düsen erfolgt und in dem Düsendruckkopf somit kein bereits gemischtes Beschichtungsmaterial fließt, sonst erfor¬ derliche Spülmittel- und Zeitverluste vermieden werden kön- nen, insbesondere weil dann keine besonderen Mischelemente gespült werden müssen.
Wenn die Mischung erst bei oder nach Verlassen der Düse er- folgt, hat dies außerdem den Vorteil, dass jeweils gewünschte Mischungsverhältnisse besonders einfach und problemlos einge¬ stellt werden können.
Schließlich ist noch zu erwähnen, dass die aus dem Stand der Technik bekannten, nur für Einkomponentenlack geeigneten Düsendruckköpfe an die Erfordernisse für Zweikomponenten- Beschichtungsmittel angepasst werden müssen. Insbesondere sind die Größe, also hydraulischen Querschnitte der Düsen und ihrer Kanäle entsprechend dem jeweiligen Mischungsverhältnis zu bemessen. Im Übrigen sollen möglichst lösemittelbeständige Werkstoffe verwendet werden, wie beispielsweise Dichtungen aus FFKM (also Perfluorkautschuk) .
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße
Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugkaros¬ seriebauteilen mit Druckköpfen als Applikationsgerä- te,
Fig. 2 die schematische Darstellung von aus zwei Düsen aus¬ gestoßenen Komponenten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 die schematische Darstellung der Erzeugung einander überlappender Beschichtungspunkte, und Fig. 4 eine bei einer Ausführungsform der Erfindung zu verwendenden Düseneinheit.
In der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Lackieranla- ge zur serienmäßigen vollständigen Lackierung von Kraftfahrzeugkarossen werden die zu lackierenden Bauteile auf einem Förderer 1 rechtwinklig zur Zeichenebene durch eine Lackierkabine 2 transportiert, in der die Bauteile dann von Lackier¬ robotern in teilweise an sich bekannter Weise lackiert wer- den. Die Lackierroboter 3, 4 haben bei dem dargestellten Beispiel zwei schwenkbare Roboterarme und führen über eine mehr¬ achsige Roboterhandachse jeweils ein Applikationsgerät. Bei¬ spielsweise kann es sich um Roboter mit sechs oder mehr rota¬ torischen Achsen und ggf. einer linearen Mitfahrachse längs des Förderwegs handeln. Lackierroboter mit mindestens sieben rotatorischen Achsen haben bei der Karossenlackierung den Vorteil, dass in vielen Fällen auf den Aufwand einer Mitfahrachse verzichtet werden kann. Im Gegensatz zu konventionellen Lackieranlagen mit den üblichen Rotationszerstäubern oder sonstigen Zerstäubern führen die Lackierroboter 3, 4 als Applikationsvorrichtung Düsendruckköpfe 8, 9 für 2K- oder Mehrkomponentenlack. Diese Düsendruckköpfe haben einen wesentlich größeren Auftragungswir- kungsgrad als Zerstäuber von mehr als 95 % bis 99 % und er¬ zeugen somit praktisch keinen Overspray. Zum einen bietet dies den Vorteil, dass auf die bei herkömmlichen Lackieranla¬ gen mit Zerstäubern benötigte Auswaschung unterhalb der Kabine verzichtet werden kann. Stattdessen kann sich bei der er- findungsgemäßen Lackieranlage unter der Lackierkabine 2 eine Luftabsaugung 10 befinden, welche die Kabinenluft bei Bedarf durch eine Filterdecke 11 hindurch nach unten aus der Kabine absaugt, ohne dass sonstiger Aufwand zum Auffangen und Ab¬ scheiden von Overspray erforderlich ist. In vielen Fällen kommt die Luftabsaugung auch ohne Filter aus. Diese kann auch über in Bodennähe angeordnete Kanäle erfolgen.
Fig. 2 erläutert eine Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei Komponenten des Beschichtungsmittels erst bei Auftreffen auf die zu beschichtende Fläche durch den Impact der Tropfen oder Strahlen miteinander vermischt werden. Diese Tropfen o- der Strahlen werden von zwei schematisch dargestellten Düsen Dl und D2 erzeugt, die in einer gemeinsamen Ebene des Düsen- druckkopfes nebeneinander angeordnet sind, wobei die eine Dü¬ se eine erste Komponente (z. B. Stammlack) und die andere Dü¬ se eine zweite Komponente (Härter) ausstößt. Der Ausstoß kann zeitlich nacheinander oder auch gleichzeitig zu einem Zeitpunkt 1 erfolgen, und entsprechend dem Lackierabstand L der Düsen Dl und D2 von der zu beschichtenden Fläche F sowie den Fluggeschwindigkeiten der Komponenten treffen die beiden Komponenten etwas später zu einem Zeitpunkt 2 auf die Fläche F auf, und zwar wenigstens annähernd an ein und demselben Punkt P, wo sie sich miteinander vermischen.
Bei dem dargestellten Beispiel sind darstellungsgemäß (ge¬ strichelt dargestellte) Ausstoßrichtungen der beiden Düsen Dl und D2 um beispielsweise entgegengesetzt gleiche Flugwinkel bzw. ß zu der jeweils anderen Düse hin gegen den zu der Flä- che F senkrechten Lackierabstand L geneigt. Die Größe der ge¬ wählten Flugwinkel hängt außer von dem Lackierabstand L er¬ sichtlich auch von dem parallel zu der Fläche F gemessenen Abstand zwischen den Düsen Dl und D2 ab und kann beispiels¬ weise zwischen annähernd 0 und 90° betragen. Die Flugge- schwindigkeiten und/oder die Flugwinkel der beiden Komponenten können auch unterschiedlich voneinander sein. Wenn die Düsen Dl und D2 zu unterschiedlichen Zeitpunkten geöffnet werden, kann auch eine Verschiebungsbewegung der Düsen rela- tiv zu der Fläche F während der Applikation der beiden Komponenten berücksichtigt werden.
Fig. 3 erläutert schematisch die überlappende Applikation von Beschichtungspunkten auf der zu beschichtenden Fläche F, wobei es sich in der Regel um Tropfen aus bereits gemischten Komponenten handelt, die sich dann ihrerseits auf der Fläche F durch Zusammenfließen miteinander vermischen. Es könnte sich allerdings auch um Komponenten handeln, die sich erst auf der zu beschichtenden Fläche F vermischen. Während die
Düsen beispielsweise von dem Beschichtungsroboter mit der gegebenen Verfahrgeschwindigkeit entlang der Fläche F bewegt werden, erzeugen sie zu vorbestimmten aufeinanderfolgenden gleichmäßig beabstandeten Zeiten tl bis t5 usw. jeweils einen Beschichtungspunkt , beispielsweise jeweils einen Tropfen, mit definierter Größe a. Die jeweilige Düse wird zeitlich so ge¬ steuert, dass sich definierte Tropfenabstände b längs der Fläche F und folglich die jeweils gewünschte Überlappung der applizierten Tropfen ergeben. Der Überlappungsgrad kann zwi- sehen mehr als 0 % und ungefähr 75 % (dreifacher Überlappung) betragen, also beispielsweise ungefähr 10 %, 20 %, 30 % oder 50 % (zweifache Überlappung bei b = 1/2 a) oder auch b = 1/3 a oder 2/3 a. Stattdessen können die Beschichtungspunkte aber auch aneinander angrenzend, also ohne Überlappung appliziert werden (b = a) .
Prinzipiell ist eine derartige Applikation mit oder ohne Überlappung dann möglich, wenn die Komponenten schon vor oder in dem Düsendruckkopf oder nach Verlassen der Düse, aber vor Erreichen der zu beschichtenden Fläche gemischt werden. Auch wenn keine einzelnen Tropfen appliziert werden, sondern kontinuierliche Strahlen, ist eine überlappende Applikation zweckmäßig . In Fig. 4 ist schematisch eine als Doppeldüse ausgebildete Düseneinheit 40 zum Mischen von zwei Komponenten eines Be- schichtungsmittels (z. B. 2K-Lack) in oder an dem Düsendruckkopf dargestellt. Die Düseneinheit 40 besteht im Wesentlichen aus einem äußeren Rohrkörper 41, in dessen beispielsweise zylindrischem Innenraum konzentrisch ein beispielsweise ebenfalls zylindrisches Innenrohr 42 angeordnet ist. Während Fig. 4B) einen Längsschnitt durch diese rohrförmige Düseneinheit 40 zeigt, ist in Fig. 4A) eine Draufsicht auf die in Fig. 4B) untere Düsenstirnseite dargestellt. Der äußere Rohrkörper 41 kann darstellungsgemäß an der Düsenstirnseite 43 axial über das Innenrohr 42 hinaus nach außen vorspringen. Durch das Innenrohr 41 wird die eine Komponente des Beschichtungsmittels (z. B. Stammlack) zu dem bei dem betrachteten Beispiel kreis- runden Auslass 45 gedrückt, während die zweite Komponente (z. B. Härter) zu dem als Ringspalt zwischen dem Innenrohr 42 und dem äußeren Rohrkörper 41 ausgebildeten Auslass 46 gedrückt wird. Umgekehrt könnte auch die erstgenannte Komponente durch den Ringspalt und folglich die zweite Komponente durch das Innenrohr geleitet werden.
Die Vermischung der Komponenten erfolgt bei dem hier betrachteten Beispiel an der Stirnseite 43 der dargestellten Doppel¬ düse oder Düseneinheit 40, also an deren Auslass, wo sich die dort darstellunsgemäß jeweils gebildeten Tropfen miteinander mischen. Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn die jeweilige Tropfenbildung nicht gleichzeitig beginnt, sondern die beiden Düsenelemente, also das Innenrohr 42 und der als Ringspaltdü¬ se ausgebildete Auslass 46 mit (nicht dargestellten) Ventilen zeitlich so gesteuert werden, dass zuerst der Tropfen an der Innenrohrdüse und erst danach der Tropfen an der Ringspaltendüse gebildet wird. Auch die umgekehrte Reihenfolge kann zweckmäßig sein. Stattdessen ist aber auch eine gleichzeitige Öffnung der beiden Düsenelemente denkbar. Wie eingangs erläutert wurde, hält der erfindungsgemäße Dü¬ sendruckkopf vorzugsweise eine Vielzahl derartiger Düsenein¬ heiten, die insbesondere in einer oder mehreren Reihen ange- ordnet sein können.
Während die Erfindung in Fig. 4 eine Doppeldüseneinheit am Beispiel einer Tropfenbildung erläutert, sind derartige oder ähnliche Doppeldüsen auch für die Erzeugung von an den Düsen- auslässen mischbaren Komponentenstrahlen denkbar. In beiden Fällen können die beiden Düsenelemente durch zugeordnete steuerbare Ventile gemeinsam und/oder jeweils individuell hinsichtlich ihrer Öffnungszeiten gesteuert werden. Wie schon erwähnt wurde, kann es zweckmäßig sein, die zu mi¬ schenden Komponenten mit einem Drall zu versehen. Dies kann beispielsweise mittels einer Spiralnut an der Innenseite ei¬ nes Düsenkanals realisiert werden (im Prinzip ähnlich wie bei einem gezogenen Gewehrlauf) .

Claims

Patentansprüche
1. Applikationsvorrichtung zum serienweisen Applizieren eines Beschichtungsmittels auf Flächen von Werkstücken, ins¬ besondere von Kraftfahrzeugkarossen und/oder deren Anbautei- len,
mit einem Düsendruckkopf (8, 9), der mindestens eine Düse
(Dl, D2 ; 40) oder eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Düsen enthält, die das Beschichtungsmittel als kontinu¬ ierliche Strahlen oder einzelne Tropfen auf die zu beschichtende Fläche (F) applizieren,
wobei der Düsendruckkopf insbesondere an einem mehrachsigen Beschichtungsroboter (3, 4) angeordnet ist, der den Düsendruckkopf (8, 9) über die zu beschichtende Fläche bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmittel aus min¬ destens zwei miteinander zu mischenden Komponenten besteht und die Applikationsvorrichtung und/oder der Düsendruckkopf (8, 9) mindestens eine oder zwei getrennte Zuleitungen für diese Komponenten aufweist, die zur gemeinsamen Versorgung der Düse oder Düsen (Dl, D2 ; 40) mit dem Beschichtungsmittel oder dessen Komponenten vorgesehen sind.
2. Applikationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse oder Düsen des Düsendruckkopfes die Strahlen oder Tropfen des Beschichtungsmittels oder sei¬ ner Komponenten zur Vermeidung von Overspray gezielt auf ein- zelne Punkte der zu beschichtenden Fläche lenken, wobei die applizierten Auftreffpunkte insbesondere aneinander angrenzen oder einander überlappen.
3. Applikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmit- tel
(a) ein flüssiger Mehrkomponentenlack,
(b) ein Grundierungs- oder Primermittel ,
(c) ein Kleb- oder Dichtungsmittel oder
(d) ein Konservierungsmittel
ist und jeweils mindestens eine Stammkomponente und mindes¬ tens eine mit diesem reagierende Härterkomponente hat.
4. Applikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
(a) der Düsendruckkopf die mindestens zwei Komponenten vonei¬ nander getrennt so auf die zu beschichtende Fläche lenkt, dass sie sich auf dieser vermischen, und/oder
(b) die Düsen des Düsendruckkopfes so zueinander angestellt sind, dass die Komponenten sich auf dem Weg zu der zu be¬ schichtenden Fläche treffen, oder
(c) die Komponenten in oder an dem Düsendruckkopf gemischt werden, und/oder
(d) die Düse oder Düsen des Düsendruckkopfes jeweils zum Ver¬ mischen der mindestens zwei Komponenten ausgebildet sind.
5. Applikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsendruckkopf die zu mischenden Komponenten gleichzeitig oder zeitlich nacheinander ausstößt.
6. Applikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mischer zum Ver¬ mischen der Komponenten des Beschichtungsstoffs
(a) in oder an dem Düsendruckkopf angeordnet ist, und/oder
(b) innerhalb des Düsendruckkopfes in einen jeweiligen Zu¬ flusskanal der Düse oder Düsen integriert und dort eingangs- seitig mit den mindestens zwei getrennten Zuleitungen verbunden ist, oder
(c) außerhalb des Düsendruckkopfes in dessen Nähe angeordnet und dort eingangsseitig mit den mindestens zwei getrennten Zuleitungen verbunden ist.
7. Applikationsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer als statischer Mischer oder als dynamischer Mischer ausgebildet ist.
8. Applikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Farb¬ wechsler vorgesehen ist, der
(a) an mindestens eine der Zuleitungen der Applikationsvorrichtung oder des Düsendruckkopfes angeschlossen ist und der mindestens einen Zuleitung gesteuert auswählbare Lackkompo¬ nenten unterschiedlicher Farbe zuführt, und
(b) relativ zu der zu beschichtenden Fläche bewegbar insbesondere an einem den Düsendruckkopf bewegenden Lackierroboter oder
(c) ortsfest in einer Lackierkabine angeordnet ist.
9. Applikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse oder Düsen (40) jeweils mindestens zwei zu einem Düsenauslass (45, 46) führende Kanäle enthalten, die vorzugsweise konzentrisch zu¬ einander verlaufen, wobei vorzugsweise der Düsenauslass (45, 46) durch mindestens einen Ringspalt und eine zentrale Öff¬ nung gebildet ist.
10. Applikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsendruckkopf durch konstruktive Ausgestaltung der Düse oder Düsen oder ih- rer Zuführkanäle den ausgestoßenen Komponenten für bessere Vermischung einen Drall verleiht.
11. Applikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse oder Düsen des Düsendruckkopfes hinsichtlich jeweiliger Öffnungs- und Schließzeitpunkte steuerbar sind, insbesondere durch Pro¬ grammsteuersignale zum Betätigen von Ventilen der Düsen.
12. Applikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen der Düsen des Düsendruckkopfes in Bezug auf eine Ebene des Düsen¬ druckkopfes, insbesondere einer Düsenplatte,
(a) senkrecht zu der Ebene verlaufen, oder
(b) gegen die Ebene abgewinkelt verlaufen, insbesondere mit unterschiedlichen, gleichen oder entgegengesetzt gleichen Winkeln benachbarter Düsen.
13. Düsendruckkopf der Applikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere mit einer Düsenplatte, die in einer Plattenebene als Düsen dienende, vor¬ zugsweise in einer oder mehreren parallelen Reihen angeordnete Öffnungen enthält.
14. Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spüleinrichtung für den Düsendruckkopf vorgesehen ist, die
(a) durch mindestens eine in die Applikationsvorrichtung und/oder in den Düsendruckkopf führende Spülmittelleitung ge- bildet ist, an die die Düse oder Düsen angeschlossen oder anschließbar sind, und/oder
(b) durch eine extern in einer Beschichtungsanlage, insbeson¬ dere in der Nähe eines den Düsendruckkopf bewegenden mehrach¬ sigen Roboters angeordnete Vorrichtung gebildet ist.
15. Applikationsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülvorrichtung
(a) zum Spülen der Düsenkanäle und/oder
(b) zum Spülen einer Außenfläche des Düsendruckkopfes
und/oder einer die Düsen enthaltenden Düsenplatte ausgebildet ist, und/oder
(c) eine Auffangeinrichtung zum Auffangen von beim Spülen aus den Düsen austretendem Beschichtungs- und/oder Spülmittel aufweist.
16. Beschichtungsanlage mit einer Applikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere mit ei¬ nem oder mehreren Applikationsrobotern innerhalb einer Be- schichtungskabine .
17. Verfahren zum serienweisen Applizieren eines Beschich- tungsmittels auf Flächen von Werkstücken, insbesondere von Kraftfahrzeugkarossen und/oder deren Anbauteilen,
wobei von einer Applikationsvorrichtung mit einem Düsendruckkopf (8, 9), der mindestens eine Düse (Dl, D2 ; 40) oder eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Düsen enthält, das Beschichtungsmittel als kontinuierliche Stahlen oder einzelne Tropfen auf die zu beschichtende Fläche (F) appliziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmittel aus min¬ destens zwei miteinander zu mischenden Komponenten besteht und diese Komponenten der Applikationsvorrichtung und/oder dem Düsendruckkopf über mindestens eine oder zwei getrennte Zuleitungen zugeführt werden, von denen die Düse oder Düsen gemeinsam mit dem Beschichtungsmittel oder dessen Komponenten versorgt werden,
wobei die Vermischung der mindestens zwei Komponenten
(a) auf der zu beschichtenden Fläche,
(b) im Flug auf dem Weg zu der zu beschichtenden Fläche, (c) in oder an dem Düsendruckkopf, oder
(d) jeweils in oder am Auslass einer Düse erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Komponenten
(a) gleichzeitig oder
(b) zeitlich gesteuert nacheinander
aus getrennten Düsen oder aus mindestens zwei Auslassöffnungen einer Düse ausgestoßen werden.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zu mischenden Komponenten mit einem Drall ausgestoßen werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, insbe¬ sondere bei Mischung der Komponenten auf der zu beschichtenden Fläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlen oder Tropfen des Beschichtungsmittels oder ihrer Komponenten als Punkte mit definierten Durchmesser derart zeitlich nacheinan- der auf der zu beschichtenden Fläche auftreffen, dass sie
(a) aneinander angrenzen oder
(b) einander überlappen, wobei die Überlappung zwischen mehr als 0 % und vorzugsweise ungefähr 75 % des Punktdurchmessers beträgt .
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, gekennzeichnet durch mindestens einen der folgenden Schritte für sich oder in Kombination mit mindestens einem der anderen Schritte :
(a) Spülen des Düsendruckkopfes nach einer vorgegebenen Be¬ triebszeit oder sonstigen Zeitdauer oder zu fest vorgegebenen Zeiten oder nach mindestens einem bestimmten Ereignis des Be- schichtungsbetriebs ;
(b) Spülen der Kanäle der Düsen; (c) Spülen einer Außenfläche des Düsendruckkopfes und/oder einer die Düsen enthaltenden Düsenplatte;
(d) Rückspülen des Düsendruckkopfes und/oder einer die Düsen enthaltenden Düsenplatte durch Eindrücken des Spülmittels in die Düsenkanäle von außen nach innen;
(e) abwechselndes Zuführen von Spülmittel und Pulsluft;
(f) Spülen mit einem Aerosol;
(g) Auffangen der beim Spülen ausgebrachten Fluide und/oder eines Aerosols und dessen Abscheidung zur Entsorgung;
(h) Andrücken des Beschichtungsmittels oder seiner Komponenten durch Wiederbefüllung des Düsendruckkopfes nach dem Spülen;
(i) Ausbringen mindestens eines Tropfens oder einer definierten Menge des Beschichtungsmittels oder einer Komponente durch die Düse nach dem Spülen;
(k) Verwendung verschiedener Spülmittel bei einem Wechsel zwischen lösemittelbasiertem Lack und Wasserlack als Stammlackkomponente des Beschichtungsmittels und optional Verwen¬ dung eines Trennmittels zwischen den beiden Lackarten;
(1) Verwendung verschiedener Spülmittel mit unterschiedlicher ReinigungsWirkung;
(m) Verwendung eines Universal-Spülmittels , insbesondere bei einem Wechsel zwischen lösemittelbasiertem Lack und Wasserlack als Stammlackkomponente des Beschichtungsmittels;
(n) Verwendung eines VOC-freien Spülmittels;
(o) Spülen nur der Wege der Applikationsvorrichtung, die von nur einer der Komponenten und/oder von dem Gemisch aus zwei Komponenten berührt werden, insbesondere nur der Wege, die von einer farbgegebenen Komponente des Beschichtungsmittels und dem Gemisch beider Komponenten berührt werden;
(p) Befüllen oder Benetzen der von Beschichtungsmittel berührten Innen- oder Außenflächen des Düsendruckkopfes mit einem Fluid, das Beschichtungsmittel-Ablagerungen und/oder die Reaktion zweier Beschichtungsmittel-Komponenten verhindert.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass beim Spülen des Düsendruckkopfes
(a) die durch das Spülen verursachten Verluste an Beschich- tungsmittel oder mindestens einer Stammlackkomponente auf we¬ niger als 5 1, 2 1, 200 ml, 20 ml, 10 ml, 5 ml oder 2 ml beschränkt werden, und/oder
(b) der Spülmittelverbrauch auf weniger als 10 1, 5 1, 2 1, 200 ml, 100 ml, 50 ml, 20 ml oder 10 ml beschränkt wird.
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