-
Die
Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage zum Aufbringen einer
kratzfesten Beschichtung auf Spritzgußteile unter Reinraumbedingungen,
vorzugsweise auf Streuscheiben, mit den folgenden Stationen:
- – einer
Abblasstation zum Abblasen der Spritzgußteile mit ionisierter Luft,
- – einer
Flutkabine zum Aufbringen einer lösemittelhaltigen Lackschicht,
- – einem
Infrarotofen zum Austreiben des in der Lackschicht enthaltenen Lösemittels,
und
- – einem
UV-Trockner zum Aushärten
der Lackschicht;
und mit
- – einer
Fördereinrichtung
zum Transport der Spritzgußteile
durch die einzelnen Stationen.
-
Für bestimmte
Anwendung müssen
Spritzgußteile
kratzfest beschichtet werden. Dies trifft z.B. auf Streuscheiben
für Scheinwerfer
zu. Um eine produzierte Menge an Spritzgußteilen ohne Zwischenlagerung
direkt dem Beschichtungsprozeß zuführen zu können, wird
eine Spritzgußmaschine
direkt („in-line") über ein
Fördersystem
mit einer Beschichtungsanlage verbunden. Dabei ist aber zu beachten, daß der Beschichtungsprozeß unter
Reinraumbedingungen stattfinden muß, damit keinerlei Staubpartikel
die gewünschte
Brillanz beeinträchtigen.
-
Eine
bekannte Beschichtungsanlage umfaßt eine Abblasstation zum Abblasen
der Spritzgußteile mit
ionisierter Luft, eine Flutkammer zum Lackieren der Spritzgußteile mit
einer lösemittelhaltigen
Lackschicht, einem Infrarotofen zum Abtrocknen des in der Lackschicht
enthaltenen Lösemittels,
und einem UV-Trockner zum Aushärten
der Lackschicht. Ein Förderband
transportiert die Spritzgußteile
durch die einzelnen Beschichtungsstationen.
-
Die
Beschichtungsanlage ist in einem Reinraum fest installiert und wird
von drei Werkern bedient, die die einzelnen Spritzgußteile manuell
vom externen Fördersystem
aufnehmen und der Beschichtungsanlage zuführen und fertig beschichtete Teile
wieder auf dem Fördersystem
ablegen. Der Prozeßbetrieb
unter Reinraumbedingungen und die Größe der Anlage machen diese
technisch aufwendig, unflexibel und teuer. Der erforderliche Personalbedarf
verteuert zudem den Betrieb der Anlage.
-
Aus
dem Gebiet der Oberflächenbehandlung von
Fahrzeugkarosserien ist z.B. die
DE 196 30 290 A1 bekannt, wo auf dem Weg
zwischen den aufeinanderfolgenden Stationen die zu behandelnden
Karosserien zum Schutz gegen Verschmutzung von einer haubenartigen
Schutzabdeckung umgeben sind. Hier sind allerdings die Anforderungen
an Staubfreiheit geringer als bei den Beschichtungsanlagen der eingangs
genannten Art.
-
Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine kompakte Beschichtungsanlage
für Spritzgußteile anzugeben,
die wirtschaftlicher betrieben werden kann als bekannte Anlagen
und einfacher und flexibler einsetzbar ist.
-
Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind den abhängigen
Ansprüchen
zu entnehmen.
-
Die
erfindungsgemäße Beschichtungsanlage
zur kratzfesten Beschichtung von Spritzgußteilen unter Reinraumbedingungen, vorzugsweise
von Streuscheiben, besitzt in Übereinstimmung
mit dem Stand der Technik die folgenden Stationen:
- – eine
Abblasstation zum Abblasen der Spritzgußteile mit ionisierter Luft,
- – eine
Flutkabine zum Aufbringen einer lösemittelhaltigen Lackschicht,
- – einen
Infrarotofen zum Austreiben des in der Lackschicht enthaltenen Lösemittels,
und
- – einen
UV-Trockner zum Aushärten
der Lackschicht.
-
Eine
Fördereinrichtung
transportiert die Spritzgußteile
durch die einzelnen Stationen. Erfindungsgemäß ist die Beschichtungsanlage
mit allen Beschichtungsstationen auf einem Grundrahmen montiert
und von einer Einhausung umgeben, die geeignet ist, die Reinraumbedingungen
innerhalb der Beschichtungsanlage bereitzustellen und Lösemitteldämpfe zurückzuhalten.
-
Durch
die Montage der einzelnen Stationen auf einem gemeinsamen Grundrahmen
kann die gesamte Beschichtungsanlage komplett bewegt und so flexibel
an unterschiedlichen Einsatzorten installiert werden. Durch die
Einhausung werden die Reinraumbedingungen auf die Beschichtungsanlage selbst
beschränkt.
Dies führt
neben einem kompakten Aufbau zu einer Erhöhung der Qualität, indem
der Staubeintrag durch Bedienpersonal vermindert wird. Da auch die
Flutkabine, in der abtropfender Lack zur Wiederverwertung aufgefangen
wird, von der Einhausung umschlossen ist, wird außerdem die
Lösemittelverdampfung
des unverbrauchten, abtropfenden Lackes reduziert. Schließlich gestattet
die Einhausung es, Abluft zentral zu reinigen und verdampftes Lösemittel
zurück
zu halten, was zu verminderten Emissionen führt.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Fördereinrichtung dazu ausgebildet,
die Spritzgußteile
auf einem Rundkurs zu transportieren, dem entlang die einzelnen
Beschichtungsstationen angeordnet sind. Außerdem ist ein Roboter vorgesehen,
der die Spritzgußteile
von einem externen Fördersystem aufnimmt
und der Fördereinrichtung
zuführt
sowie fertig beschichtete Spritzgußteile von der Fördereinrichtung
entnimmt und dem externen Fördersystem wieder übergibt.
-
Durch
die Anordnung der Stationen zu einem Rundkurs mit einem einzigen
Roboter zum Be- und Entladen kann die Anlage besonders kompakt aufgebaut
werden.
-
Vor
und hinter dem Roboter wird bevorzugt eine Reinraumschleuse angeordnet.
Dadurch lassen sich die Reinraumbedingungen innerhalb der Anlage auch
dann aufrechterhalten, wenn mit den Werkstücken staubbelastete Luft in
die Anlage eingebracht wird.
-
Vorteilhaft
ist die Fördereinrichtung
so ausgebildet, daß sie
die einzelnen Spritzgußteile
zumindest innerhalb des UV-Trockners in Rotation versetzt. Durch
die Rotation der Werkstücke
wird es ermöglicht,
die UV-Lampen nur einseitig in einem Halbbogen anzuordnen. Dadurch
wird die Baubreite der Anlage deutlich reduziert und eine sehr homogene
Bestrahlungsintensität
erzielt, was zu einer Verbesserung der Qualität führt. Zudem werden weniger Lampen
benötigt
als bei bekannten Anlagen.
-
Zweckmäßig sind
die Stationen in einer ersten, unteren Ebene untergebracht, während in
einer zweiten oberen Ebene zum Betrieb der einzelnen Beschichtungsstationen
erforderliche Aggregate sowie Luftaufbereitungsanlagen angeordnet
sind. Dies führt
zu einer besonders kompakten Anordnung und zu einer Verringerung
der benötigten
Stellfläche.
-
Die
einzelnen Stationen sind vorteilhaft als separate, vormontierte
Module aufgebaut, die auf dem Grundrahmen montierbar sind. Durch
den modularen Aufbau kann die Anlage vormontiert zum Kunden geliefert
werden. Ein weltweiter Versand der Anlage wird vereinfacht. Außerdem reduziert
dies den Aufwand für
Montage, Inbetriebnahme und Wartung.
-
Zweckmäßig besitzt
die Beschichtungsanlage eine Teileerkennung zum Erkennen unbeladener Werkstückträger und
einen Schließmechanismus (Shutter),
der von der Teileerkennung derart angesteuert ist, daß eine Lackierung
unbeladener Werkstückträger verhindert
wird.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform weist
die Beschichtungsanlage ein Umluftsystem auf, das zumindest einen
Teilstrom von aus der Flutkabine abgezogener Prozeßluft aufbereitet
und der Flutkabine wieder zuführt.
Durch den so erreichten höheren
Anteil verdunsteten Lösemittels
in der rückgeführten Prozeßluft wird
der Lösemittelverbrauch
für den
in eine Flutwanne zurücktropfenden,
unverbrauchten Lack zusätzlich
reduziert.
-
Eine
hinter dem UV-Trockner angeordnete Druckvorrichtung dient vorteilhaft
zur Kennzeichnung von Ausschußteilen.
Dies dient der Qualitätssicherung
im Falle, daß die
Anlage einmal fehlerhaft arbeiten sollte.
-
Im
folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es
zeigen:
-
1:
eine isometrische Außenansicht
der Beschichtungsanlage von vorne,
-
2:
eine isometrische Skelettansicht der Anlage mit abgenommener Einhausung
aus derselben Perspektive wie 1,
-
3:
einen Grundriß und
Stellplan der Beschichtungsanlage in der Beschichtungsebene,
-
4:
ein Schnitt durch die Beschichtungsanlage entlang der Linie A-A
in 3,
-
5:
ein Schnitt durch die Beschichtungsanlage entlang der Linie B-B
in 3, und
-
6:
eine Draufsicht auf die Beschichtungsanlage mit den in einer oberen
Ebene der Beschichtungsanlage angeordneten Aggregaten und Luftaufbereitungsanlagen.
-
Zur
Gewichtsreduktion werden heute Streuscheiben von Autoscheinwerfern
anstatt aus keramischem Glas aus transparenten Kunststoffen wie
z.B. Polycarbonat im Spritzgußverfahren
hergestellt. Da die Oberfläche
von Polycarbonat jedoch gegen mechanische und chemische Einflüsse nur
unzureichend beständig
ist, muß sie
durch kratzfeste Beschichtungen, beispielsweise auf Basis von Siliziumoxid,
geschützt
werden. Dazu dient die in 1 gezeigte
Beschichtungsanlage 110.
-
Die
Beschichtungsanlage 110 ist seitlich neben einem externen
Staurollenförderer 114 installiert. Von
einem zwecks Staubschutz eingehausten Handlingroboter 118 (vergleiche 3)
werden unbeschichtete Spritzgußteile,
die aus einer Spritzgußmaschine
von dem Staurollenförderer 114 angefördert werden,
aufgenommen und der Beschichtungsanlage 110 zugeführt. Der
Staurollenförderer 114 kann zur
Staubreduktion zusätzlich
noch komplett abgedeckt werden (nicht gezeigt).
-
Die
Beschichtungsanlage 110 selbst besitzt einen stabilen Grundrahmen 112,
auf den alle ihre Stationen montiert sind. Dadurch kann die Anlage
als ganze bewegt und an einem anderen Ort in Betrieb genommen werden.
Die Beschichtungsanlage 110 weist außerdem eine staubdichte Einhausung 116 auf.
Innerhalb der Einhausung 116 herrschen Reinraum bedingungen.
Dafür sorgen
Luftaufbereitungsanlagen 122 und 124, die in einer
zweiten Ebene auf der Beschichtungsanlage 110 installiert
sind. Im Ausführungsbeispiel
ist die Luftaufbereitungsanlage 122 eine Umluftfilteranlage
zur Abluftreinigung und die Luftaufbereitungsanlage 124 eine
Frischluftfilteranlage. Außerdem
hält die
Einhausung Lösemitteldämpfe zurück. Die
Umluftfilteranlage 122 enthält Kondenser, mit denen Lösemitteldämpfe wieder
verflüssigt und
so zurückgewonnen
werden können.
Dadurch werden Emissionen reduziert.
-
In
einem Schaltschrank 120 ebenfalls in der zweiten Ebene
befinden sich die elektrischen Strominstallationen der Beschichtunsanlage 110.
In der ersten Ebene innerhalb der Einhausung 116 befinden sich
ihre einzelnen Stationen. Diese sind in einer Skelettzeichnung in 2 näher gezeigt.
-
Die
Beschichtungsanlage 110 ist auf dem Grundrahmen 112 montiert.
Eine Grundplatte 119 dient zur Aufnahme des in der Figur
demontierten Roboters, der die Werkstücke von dem externen Staurollenförderers 114 (in 2 nicht
gezeigt) aufnimmt und der Beschichtungsanlage 110 zuführt. Eine
interne Fördereinrichtung 130,
von der hier nur die Umlaufschiene gezeigt ist, transportiert die
Werkstücke
im Uhrzeigersinn durch die verschiedenen Stationen. Dies sind im
einzelnen eine hier nicht gezeigte Abblasstation für ionisierter
Luft, eine Flutkabine 132, ein Infrarotofen 134 und
ein UV-Trockner 136. In der oberen Ebene der Beschichtungsanlage befinden
sich die Luftaufbereitungsanlagen 122 und 124 und
der Schaltschrank 120 für
die Elektroinstallationen der Beschichtungsanlage 110.
-
Die
Flutkabine 132 weist einen robotergesteuerten Lackierarm 129 mit
einer Lackierdüse
auf, die einen hinsichtlich seiner Breite optimierten Lackvorhang
erzeugt, sowie eine Flutwanne zum Auffangen von abtropfendem Lack.
Der Infrarotofen 134 besteht aus einer Anzahl beidseitig
und oberhalb der Fördereinrichtung 130 angeordneter
IR-Strahler 135. Durch
die Wärme
der IR-Strahler 132 verdunstet das in der aufgebrachten
Lackschicht enthaltene Lösemittel.
Der UV-Trockner 136 weist eine Anzahl in einem Halbbogen
oberhalb bis seitlich der Fördereinrichtung 130 angeordneter
UV-Lampen 138. Die UV-Bestrahlung sorgt dafür, daß der Lack
aushärtet und
eine extrem harte und belastbare Schutzschicht auf der Kunststoff-Streuscheibe
bildet.
-
3 zeigt
einen Grundriß und
Stellplan der unteren Ebene der Beschichtungsanlage 110 mit
den einzelnen Stationen. Die Beschichtungsanlage 110 ist
seitlich von dem externen Staurollenförderer 114 angeordnet,
der auf Paletten die unbeschichteten Streuscheiben von der Spritzgußmaschine
anfördert. Der
Handlingroboter 117, der unter dem Staubschutz 118 arbeitet,
nimmt die angelieferten Teile vom Staurollenförderer 114 und übergibt
sie an die Fördereinrichtung 130 der
Beschichtungsanlage 110. Die leeren Paletten werden über nicht
gezeigte Hub- und Senkstationen wieder automatisch zur Beladestation an
der Spritzgußmaschine
zurückgeführt.
-
Die
Fördereinrichtung 130 bildet
einen Rundkurs, dem entlang die einzelnen Stationen angeordnet sind.
Derselbe Handlingroboter 117, der die unbeschichteten Werkstücke von
dem externen Staurollenförderer 114 aufnimmt,
entnimmt auch die fertig beschichteten Spritzgußteile von der Fördereinrichtung 130 und übergibt
sie wieder dem externen Staurollenförderer 114.
-
Die
auf dem Staurollenförderer 114 auf
Paletten angelieferten Streuscheiben werden von dem Handlingroboter 117 einzeln
auf Werkstückträgern der
Fördereinrichtung 130 abgelegt.
Von dort gelangen die Streuscheiben zunächst in eine Reinraumschleuse 131,
in der sie von einem Gebläse
mit ionisierter Luft abgeblasen werden. Dadurch werden elektrostatische
Aufladungen der Streuscheiben reduziert und möglicherweise noch vorhandene
Staubpartikel entfernt. In der Reinraumschleuse 131 befindet
sich auch eine automatische Teileerkennung, die den Beladungszustand
der Werkstückträger feststellt und
diese Information an die Steuerung der nachfolgenden Flutkammer 132 weitergibt.
Ein Shutter-System in der Flutkammer 132 sorgt dann dafür, daß unbeladene
Werkstückträger nicht
lackiert werden.
-
Die
Streuscheiben gelangen nun auf ihren Werkstückträgern in die Flutkammer 132,
wo sie von einem robotergesteuerten Lackierarm 129 lackiert werden.
Beidseitig der Flutkammer 132 befinden sich in zwei Kammern 141, 142 Lackversorgung
und Lacktanks. Es folgt eine kombinierte Abtropf- und Abdunstzone 133.
Der Transport durch diese Zone dauert etwa 120 Sekunden. Dann folgt
der Infrarot-Ofen 134 mit seinen seitlich und oberhalb
der Werkstückträger angeordneten
IR-Strahler 135.
Insgesamt besitzt der Infrarot-Ofen 134 je 6 IR-Strahler 135 auf
jeder Seite sowie 6 IR-Strahler oberhalb der Werkstückträger. Im
Infrarot-Ofen 134 treibt das in der aufgebrachten Lackschicht
enthaltene Lösemittel
aus. Der Transport durch den Infrarot-Ofen 134 dauert etwa
90 Sekunden. An den Infrarot-Ofen 134 schließt sich
eine Kühlstrecke 137 an,
für deren
Durchquerung die Streuscheiben etwa 70 Sekunden benötigen, bevor
die abgekühlten
Teile dann in den UV-Trockner 136 gelangen.
-
Im
UV-Trockner 136 werden die Werkstückträger durch die Fördertechnik
in Rotation versetzt. Unter Bestrahlung der UV-Lampen 138 härtet die Lackschicht
nun zu einer kratzfesten Beschichtung aus. Die UV-Lampen 138 sind
nur einseitig in einem Halbbogen über den Werkstückträgern angeordnet. Dadurch
wird die Baubreite der Beschichtungsanlage 110 erheblich
reduziert. Durch die Rotation der Teile wird dennoch eine sehr homogene
Bestrahlung erzielt. Insgesamt sind in zwei Bänken jeweils drei UV-Lampen 138 in
einem Halbbogen angeordnet.
-
Die
fertig beschichteten Streuscheiben gelangen schließlich durch
eine weitere Luftschleuse 139 wieder zu dem Handlingroboter 117,
der sie von den Werkstückträgern entnimmt
und auf dem Staurollenförderer 114 ablegt.
In der abschließenden
Luftschleuse 139 befindet sich noch eine Tampondruckmaschine
oder alternativ eine Tintenstrahlmaschine, die Ausschußteile kennzeichnet.
-
Die
beschriebene Beschichtungsanlage 110 hat eine Kapazität von 140
Teilen pro Stunde. Die Teile werden von der Fördereinrichtung 130 mit
einer Geschwindigkeit von 2,4 Meter pro Minute durch den Beschichtungsprozeß bewegt.
Die Außenmaße der Anlage
betragen nur etwa 10 m × 5
m × 2,5
m (L × B × H). Die
kompakte Anlage ist sehr wartungsfreundlich aufgebaut. Insgesamt 28 Türen erlauben
die Durchführung
der Wartung von außen.
Die Anlage wird im Betrieb von nur einem Werker bedient. Insgesamt
wurde die Größe der Anlage
um etwa 80 %, der Investitionsbedarf um 40 % und der zum Betrieb
erforderliche Personalbedarf um 67 % reduziert.
-
In 4 ist
ein Schnitt entlang der Linie A-A der 3 gezeigt.
von der Beschichtungsanlage 110 ist in der unteren Ebene
der Infrarot-Ofen 134 und der UV-Trockner 136 zu
sehen. In der oberen Ebene sind links der Schaltschrank 120 mit
den Elektroinstallationen, in der Mitte die Umluftfilteranlage 122 und rechts
die Frischluftfilteranlage 124 gezeigt.
-
In
dem Infrarot-Ofen 135 mit den seitlich und oberhalb der
zu beschichtenden Werkstücke
angeordneten IR-Strahlern 135 befindet sich ein Werkstückträger 130 mit
einer darauf abgelegten Streuscheibe 100. Die oberen IR-Strahler 135 sind
höhenverstellbar.
-
Im
rechten Teil der 4 ist zu erkennen, wie die UV-Lampen 138 in
dem UV-Trockner 136 einseitig in einem Halbbogen über dem
Werkstückträger 130 angeordnet
sind. Die auf dem Werkstückträger 130 befindliche
Streuscheibe 100 ist in drei Positionen gezeigt, da sie
wie bereits ausgeführt
innerhalb des UV-Trockners 136 rotiert, um trotz der unsymmetrischen
Anordnung der UV-Lampen 138 eine homogene Bestrahlungsdosis
zu erzielen.
-
Ein
Schnitt entlang der Linie B-B der 3 ist in 5 gezeigt.
von der Beschichtungsanlage 110 sind in der unteren Ebene
die beiden seitlich angeordneten Kammern 141, 142 mit
der Lackversorgung und den Lacktanks und mittig die Flutkammer 132 mit
dem robotergesteuerten Lackierarm 129 gezeigt. Eine Streuscheibe 100 befindet
sich auf ihrem Werkstückträger zur
Lackierung in der Flutkammer 132. In der oberen Ebene sind
wieder der Schaltschrank 120, die Umluftfilteranlage 122 und
die Frischluftfilteranlage 124 zu sehen. Die Prozeßluft der
Flutkammer 132 wird im Umluftbetrieb geführt, wobei
ein Teilstrom einer Abluftreinigungsanlage zugeführt wird.
-
6 schließlich zeigt
eine Draufsicht auf die Beschichtungsanlage 110. Der Schaltschrank umfaßt einen
Schaltschrankbereich 120a für die Steuerung der Förderungsanlage
und der Prozeßtechnik,
einen Schaltschrankbereich 120b für die Steuerung des UV-Trockners
und einen Schaltschrankbereich 620c für den Infrarot-Ofen 134.