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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Korrosions-
und Schnittschutzes auf Schnittkanten eines Blechbauteiles.
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Es
ist bekannt, aus Stahlblech, insbesondere verzinkten Stahlblech,
Bauteile für die Automobilindustrie aber auch für
die Haushaltsgerätindustrie zu stanzen und anschließend
zu formen.
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Aber
auch aus anderen Blechen, wie Aluminiumblechen werden derartige
Teile hergestellt.
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Hierbei
ist von Nachteil, dass ein gegebenenfalls auf einer Oberfläche
angebrachter Korrosionsschutz, wie beispielsweise eine Zinkbeschichtung im
Bereich der Kanten, nicht mehr vorhanden ist, so dass eine Kantenkorrosion
erfolgen kann.
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Zudem
sind derartige Kanten oft scharfkantig, so dass bei der Montage
und im Betrieb eine Unfallgefahr besteht.
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Aus
"Schnittflächenschutz an bandverzinkten Blechen", Andreas
Schütz, Institut für Korrosionsschutz Dresden
GmbH sind die negativen Einflüsse durch die Schnittkante
und die Möglichkeit der Verbesserung des Korrosionsverhaltens
des sogenannten Rundschnitts diskutiert.
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Aus
"Verhalten von Oberflächenbeschichtungen auf Stahlblechen
beim Umformen und Schneiden", 3. Stahlsymposion, Werkstoffanwendung,
Forschung, Düsseldorf, 12.03.2003 sind ebenfalls Korrosionsprobleme,
insbesondere an Schnittkanten bekannt. Um Schnittkanten mit einer
Korrosionsschutzschicht zu versehen, ist es aus dieser Veröffentlichung
bekannt, einen Kantenschutz dadurch zu erzeugen, dass entweder die
komplette Karosserie eingetaucht wird, eine Schnittflächenbeschichtung
mittels Laser und Pulverlack erfolgt, eine Beschichtung mittels
Zinkstift als Reibschweißverfahren durchgeführt
wird, eine Auftragsstrahlung einer Zinkbeschichtung durchgeführt
wird, Zinküberzüge an der Zinkkante vorgenommen
werden oder UV-Lackbeschichtungen durchgeführt werden,
wobei hierzu nur Voruntersuchungen vorliegen sollen. Ein derartiges
Verfahren zum Aufbringen einer Korrosionsschutzschicht auf Kantenflächen
von Blechen ist beispielsweise aus der
DE 101 06 474 A1 bekannt,
bei dem über einen Laser Zinkpulver, das mit Flussmittel versetzt
ist, auf die Kanten aufgebracht wird. Bei einem derartigen Verfahren
ist von Nachteil, dass dieses sehr aufwändig und teuer
ist.
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Aus
der
DE 40 11 320 C2 ist
ein Verfahren zur Behandlung der Kanten gestanzter, gepresster oder
geschnittener Metallteile bekannt, bei dem die Kanten der Metallteile
mit einem Pulverlack im elektrostatischen Pulverspülverfahren
beschichtet werden, wobei mehrere Metallteile zu einem Metallteilpakete
miteinander verbunden werden.
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Ein
solches Verfahren ist schlecht in bestehende Fertigungsprozesse
zu integrieren, da aus den einzelnen Bauteilen zunächst
Stapel erstellt werden müssen.
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Aus
DE 38 280 045 C1 ist
das Herstellen korrosionsgeschützter Schnittkanten von
korrosionsgeschützten Blechen durch das An reiben eines
Korrosionsschutzstoffes bekannt, wobei der anzureibende Korrosionsschutzstoff
aus Metall oder Kunststoff bestehen kann. Dies soll insbesondere
durch Anbauteile an den Schneidscheren gewährleistet werden. Hierbei
ist jedoch von Nachteil, dass eine solche Vorrichtung keinen besonders
guten Korrosionsschutz ergibt.
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Aus
der
DE 37 04 364 C1 ist
ein Verfahren zur Schnittkantenbehandlung von Zuschnitten aus bandlackierten
Material für Blechgehäuseteile bekannt, bei dem
zumindest die sichtbaren Schnittkanten mit einem durch UV-Strahlung
aushärtenden Lack mittels einer oder mehrerer Spritzdüsen
beschichtet werden, die entlang der Schnittkanten verfahren werden
und derartig positioniert und ausgerichtet sind, dass sie mit Abstand
zum jeweiligen Kantenbereich unter einem Winkel von der der Sichtseite
entgegengesetzten Seite des Zuschnitts aus, auf diese gerichtet
sind und dass der aufgetragene Lack mit UV-Strahlung ausgehärtet
wird.
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Allen
vorgenannten Verfahren des Standes der Technik ist gemeinsam, dass
diese als punktuelle Methoden recht langsam sind, der apparative
Aufwand sehr hoch ist aber nur eine bedingte Dreidimensionaltauglichkeit
vorhanden ist bzw. diese Verfahren nicht für komplexe Geometrien
geeignet sind. Hinzu kommt, dass der Großteil undichte,
im Hinblick auf Korrosionsschutz nicht zufriedenstellende Beschichtungen
ergibt und auch das optische Erscheinungsbild nicht den Anforderungen
entspricht.
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Aus
der
DE 33 44 826 C2 ist
ein Verfahren zur Herstellung kaschierter Formteile für
die Innenverkleidung von PkWs oder dergleichen und eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens bekannt, wobei bei diesem
Verfahren voll- oder teilflächig Kaschierkleber auf ein
Trägerbauteil aufgestempelt wird und anschließend
eine Kaschierfolie aufgelegt und mit dem Trägerbauteil
verleimt wird. Insbesondere soll bei dem Verfahren nach dem eine
Kaschierung aufgebracht wurde auf einer Rückseite eines
Trägerteils eine weitere Klebstoffschicht derart aufgebracht
werden, dass überstehende Teile der Kaschierung nach innen
umgeschlagen werden können.
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Aus
der
DE 102 26 281
A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beleimen
einer Wabenstruktur bekannt, wobei ein Stempel mit einer Aufnahme,
einem Stempelbelag, einer Dosiereinheit und einer Kammer vorhanden
ist und der Stempelbelag beispielsweise durch Abtauchen des Stempelbelags in
ein Leimreservoir befüllt wird, wobei der Leim über den
Stempelbelag auch in eine Dosiereinheit eindringt. Der Stempelbelag
besteht z. B. aus einem Wollfilz und/oder Samt oder Velours, wobei
eine Leimmenge letztlich durch einen Druck im Leimreservoir eingestellt
wird und der Stempel auf eine Wabenstruktur geführt wird,
um dort eine gewisse Leimmenge abzustreifen.
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Aus
der
DE 36 39 426 ist
es bekannt, einen Dosendeckel aus Blech für Dosen, deren
Inhalt unter Innendruck steht, im Bereich einer umlaufenden Öffnungskante
mit einer Dichtung auszubilden, wobei diese Dichtung aus einem Plastisol
bestehen wird, dessen Eigenschaften auf bestimmte Viskositäten eingestellt
wird.
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Aus
der
DE 2 421 315 ist
es bekannt, eine solche Plastisoldichtung auf eine umlaufende Öffnungskante
sowohl der Dose als auch eines eindrückbaren Dosenverschlusses
ringförmig aufzustempeln.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Aufbringen eines Korrosions-
und Schnittschutzes auf Schnittkanten eines Blechbauteiles zu schaffen,
welches einfach, schnell und si cher durchführbar ist, einen
guten Korrosionsschutz und Schnittschutz an der Kante ergibt und
mit dem auch komplexe Geometrien mit Hinterschneidungen beschichtbar
sind.
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Die
Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind von den hiervon
abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Aus
dem Stand der Technik sind bislang Tauchverfahren bekannt (41 bis 44),
bei denen ein Bauteil in ein Lackbad eingetaucht wird. Hierbei wird
eine Werkstückkante in das Lackbad eingetaucht und anschließend
aus dem Lackbad emporgehoben. Wie man stark schematisiert erkennen
kann, führt dies zu langen Verfahrensdauern, da hierbei
die Abtauchzeiten beachtet werden müssen. Zudem muss beachtet
werden, dass der Badspiegel ständig konstant gehalten wird
und sich durch die Badfläche die Viskosität nicht ändert
und sich keine Haut auf dem Badspiegel bildet.
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Wie
in den 45 und 46 zu
erkennen ist, lassen sich mit den bekannten Tauchverfahren Werkstücke
dann nicht befriedigend Kanten beschichten, wenn diese einen dreidimensionalen
Kantenverlauf besitzen, das heißt z. B. Vorsprünge
oder Rücksprünge bezüglich einer Badspiegelhöhe
besitzen.
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Wie
dies in den 49 bis 50 gezeigt
ist, lassen sich Lochkanten mit derartigen Verfahren in keiner Weise
befriedigend beschichten.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, zur Aufbringung
einer Flüssigkeit auf einen genau definierten Bereich eines
Werkstücks, insbesondere die Schnittkanten, einen Stempel
zu verwenden, der an die jeweilige Form des Werkstücks
bzw. an den Kantenverlauf angepasst ist. Der Stempel befindet sich zu Beginn
in einem Behälter und ist völlig von der aufzubringenden
Flüssigkeit bedeckt. Um eine definierte Flüssigkeitsschicht
auf den zum Beschichten des Werkstücks vorgesehenen Konturen
des Stempels zu erreichen, wird diese aus dem Flüssigkeitsbehälter
gehoben und eine bestimmte Dauer in Ruhe gelassen, damit überschüssige
Flüssigkeit abrinnen kann. Zur Aufbringung eines Flüssigkeitsfilms
auf das Werkstück wird dieses nun mit dem Stempel formschlüssig
oder mit einem kleinen Abstand in Verbindung gebracht und sofort
oder nach einer kurzen Verweildauer wieder entfernt.
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Dieses
Verfahren dient z. B. zur Aufbringung eines Korrosionsschutzlackes
auf die Schnittflächen von Werkstücken aus beschichteten
Stahlband. Dabei erfolgt in einem weiteren Schritt noch die Aushärtung
des Lackes.
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Als
Material für den Aufbau des Stempels können Stahl,
rostfreier Stahl, Aluminium, Kunststoffe sowie andere Materialien,
mit oder ohne zusätzliche Beschichtung in Form einer Verzinkung,
Verchromung, Vernickelung, Kunststoffbeschichtung oder Pulverbeschichtung
o.Ä. verwendet werden.
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Die
zu bearbeitenden Werkstücke sind gestanzte oder anderweitig
durchtrennte Blechteile, die flach, gebogen oder tiefgezogen sein
können. Die Aufbringung von Lack kann dabei an beinahe
jeder möglichen Schnittfläche eines dreidimensionalen, tiefgezogenen
Formteils erfolgen. Die Bleche können unverzinkt, verzinkt
und/oder mit einer organischen Beschichtung versehen sein. Das Werkstück
kann je nach Komplexität in einem oder mehreren Schritten, mit
einem oder mehreren Stempeln beschichtet werden.
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Als
aufzubringende Flüssigkeiten werden erfindungsgemäß Korrosionsschutzlacke,
Lacke mit oder ohne Pigmenten, Klebstoffe, Flüssigzink
oder in einem weiteren Arbeitsschritt aufschäumbare flüssige
Materialien verwendet. Vorzugsweise werden Flüssigkeiten
verwendet, die durch thermische Energieeinbringung oder durch Energieeinbringung
in Form von UV-Strahlung ausgehärtet werden. Bevorzugt
werden insbesondere UV-Lacke verwendet.
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Die
Viskosität der verwendeten Flüssigkeiten ist gegebenenfalls
durch Lösungsmittel oder andere Zugaben an den Prozess
anzupassen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden anstelle
von Lacken thermoplastische Kunststoffe verwendet.
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Da
die Viskosität der verwendeten Flüssigkeiten einen
wichtigen Prozessparameter darstellt, wird der Lackbehälter
mit Rührwerken und/oder -einrichtungen zur Temperaturregelung
versehen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein Flüssigkeitsbehälter,
der auch den Stempel beherbergt, verwendet, der über einen Zu-
und einen Ablauf verfügt, so dass die entsprechende Flüssigkeit
im Kreislauf gepumpt wird und in einem separaten Abmischbehälter
jeweils aufgefrischt wird und insbesondere mit neuen Lösungsmitteln
versehen und/oder aufgeheizt wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten von
Schnittflächen bei tiefgezogenen Werkstücken aus
beschichteten Stahlblech mit UV-aushärtenden Schutzlack,
der über den Stempel aufgebracht wird, führt zu
einem außerordentlich guten Korrosionsschutzverhalten,
sowohl nach Salzsprüh-Nebeltest, VDA-Wechseltest und elektrochemischen
Korrosionstests und gibt dem Werkstück ein ansprechendes
Aussehen. Vorzugsweise kann die Beschichtung der Schnittfläche
zusammen mit dem Werkstück weiter lackiert werden, z. B.
durch Pulverbeschichten.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Beschichtung der Schnittflächen
des Werkstücks die Schnittflächen umschließt
und den sehr scharfen Schnittgrat nach außen abdeckt und
eine glatte, abgerundete Kontur am Werkstück hinterlässt,
was die Verletzungsgefahr praktisch ausschließt.
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Erfindungsgemäß hat
sich herausgestellt, dass die spezielle Ausgestaltung der Stempel
für ein einwandfreies Ergebnis der Schnittkantenbeschichtung
ausschlaggebend ist.
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Im
Rahmen der Erfindung wurde zunächst das klassische Stempeln
ausprobiert, wobei als Stempelmaterial Schaumstoff oder Gummi, wie Moosgummi
verwendet wurde. Der Stempel wurde in ein Lackgefäß eingetaucht,
dann wurde die Schnittfläche eines Stanzteils bestempelt,
wobei das Ergebnis jedoch nicht zufriedenstellend war, da die Lackverteilung
ungleichmäßig war, sich im Lack Luftblasen gebildet
haben und ein großer Verschleiß an Stempelmaterial
vorhanden war und der Korrosionsschutz nicht immer ausreichend war.
Um Luftblasen und großen Verschleiß zu vermeiden,
werden erfindungsgemäß Gummi oder blanker Stahl
zum Stempeln verwendet. Durch Eintauchen des Stempels in ein Lackbehälter
konnte zunächst keine gleichmäßige Lackverteilung
am Stempel erreicht werden, weshalb der Lack mit einem druckluftbetriebenen
Dosiersystem auf dem Stempel aufgetragen wurde. Um Luftanschlüsse
im Lack zu vermeiden, wurden die verwendeten Lackkartuschen durch
Zentrifugen entgast. Durch diese Änderungen konnten die
Mängel des klassischen Stempels beseitigt werden. Es wurde
eine vollautomatisierte Versuchstation aufgebaut, mit der ein bestimmtes
Teil reproduzierbar beschichtet werden konnte und die korrosionsschützende
Beschichtung auch optisch gut war. Durch die aufwändige
Beschichtung des Stem pels ist dieses Verfahren jedoch langsam, d.
h., diese Stempelmethode liefert eine zufriedenstellende Qualität
der Beschichtung, ist jedoch mit einer langen Taktzeit verbunden,
welches insbesondere bei Massenteilen nicht von Vorteil ist.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren können
zudem auch Öffnungen innerhalb eines Blechbauteils mit
einem Kantenschutzlack versehen werden, wobei die Beschichtung der
eine Öffnung begrenzenden Kanten gleichzeitig mit der Beschichtung der
Außenkanten oder sequenziell erfolgen kann. Erfindungsgemäß werden
in derartige Öffnungen Dorne eingefahren, die entweder
konisch ausgebildet sind und einen entsprechenden Querschnitt der Öffnung
besitzen oder die ihren Umfang vergrößern und verkleinern
können und hierbei gegebenenfalls gedreht werden, um einen
gleichmäßigen Lackauftrag auf die eine Öffnung
begrenzenden Kanten bewirken.
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Die
Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert.
Es zeigen dabei:
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1:
eine teilgeschnittene Seitenansicht einer ersten Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens;
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2:
die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens nach 1 in einer perspektivischen
teilgeschnittenen Ansicht;
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3:
eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer teilgeschnittenen
Seitenansicht;
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4:
die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens nach 3 in einer perspektivischen
teilgeschnittenen Ansicht;
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5:
die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens nach den 1 und 2 mit eingezeichnetem
Flüssigkeitspegel und den Bewegungsrichtungen der beweglichen
Teile;
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6:
die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens nach 3 und 4 mit den
Bewegungsrichtungen der beweglichen Teile und einem eingezeichneten
Flüssigkeitspegel.
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7:
eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens für
flache Stanzteile mit umlaufenden Kanten;
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8a–8c:
die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens nach 7 in einem ersten Bereitschaftszustand,
in dem ein Stanzteil aufgelegt werden kann;
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9a–9c:
die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens nach 7 in einem zweiten Zustand,
in dem ein Stanzteil aufgelegt ist und ein erster Stempelsatz in
Bereitschaft steht;
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10a–10c:
die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Ver fahrens nach 7 beim Bestempeln gegenüberliegender
Seiten des Stanzteils;
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11a–11c:
die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens nach 7 beim Bestempeln der weiteren
gegenüberliegenden Seiten des Stanzteils, wobei die Stempel
in Bereitschaft sind;
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12a–12c:
die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens nach 7 beim Bestempeln der weiteren
Seiten des Stanzteils, wobei die Stempel anliegend ausgebildet sind;
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13a, 13b:
die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens nach 7 bei abtauchenden Stempeln
und einem abgehobenen und verfahrenen Stanzteil nach erfolgtem Stempeln;
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14:
eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer perspektivischen
Draufsicht;
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15:
eine Explosionszeichnung der Vorrichtung zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens nach 14;
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16a–16c:
die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens beim Beschichten der Kanten eines dreidimensional gewölbten
Bauteils mit einer Innenausneh mung beim Lackieren einer zum Gefäß hinweisenden
umlaufenden Kante;
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17a–17c:
die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens nach 14 erster gegenüberliegender
Kantenbereiche einer im Wesentlichen ovalen Öffnung;
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18a, 18b:
die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens nach 14, wobei die Lackierstempel
an den ersten umlaufenden Kantenbereichen anliegen;
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19a–19c:
die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens nach 14, wobei die Stempel zum Lackieren
der restlichen Schnittkanten der Öffnung in Stempelposition
sind;
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20a–20c:
die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens nach 14, wobei die verbliebenen Schnittkanten der Öffnung
bestempelt werden;
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21:
eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Lackierung
der Schnittkanten eines Lochs oder einer lochartigen Ausstanzung
mit einer Außenführung eines Beschichtungsdorns;
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22:
eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens nach 21 mit
einem innengeführten Beschichtungsdorn;
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23:
eine weitere Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Beschichten der Schnittkanten eines Lochs, wobei
der Dorn nach dem Verdrängungsprinzip funktioniert;
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24:
eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beschichtung
der Schnittflächen von Löchern, wobei der Lackierdorn
drehbar gelagert ist;
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25:
eine weitere Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Beschichten der Schnittkanten einer Öffnung
oder eines Lochs in einem Bauteil, wobei zum Aufbringen des Lacks
der Dorn einen Bereich mit einem vergrößerbaren
Querschnitt besitzt;
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26:
eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Lackieren
der Schnittkanten eines Lochs, wobei der Dorn linear in die entsprechende
Höhe und dann horizontal in das Loch bewegt wird;
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27:
ein drehbarer, ankerartiger Beschichtungsdorn, wobei mehrere Bauteile
nacheinander beschichtet werden können;
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28a–28d:
ein Beschichtungsdorn mit innerer Zuführung
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29a–29d:
unterschiedliche Dorngeometrien in einer Seitenansicht;
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29e–29h:
die Dorngeometrien nach 28a bis 28d in einer Draufsicht;
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29i–29l:
die Beschichtungsdorne nach 28a bis 28d in einer perspektivischen Ansicht mit hierzu
passenden Lochgeometrien in Bauteilen;
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30a: eine weitere Vorrichtung zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Lackieren
der Schnittfläche eines Lochs oder einer Ausnehmung in
einem Bauteil, insbesondere eines Bauteils mit einer größeren
Materialstärke, wobei der Dorn einen vergrößerbaren
Umfang über eine Segmentierung besitzt;
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30b, 30c:
eine erste Ausführungsform eines segmentierten Dorns in
Ruhestellung und in Lackierstellung;
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30d, 30e:
eine weitere Ausführungsform eines segmentierten Dornes,
wobei sich der Dorn mit einer Lücke öffnet;
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30f, 30g:
ein segmentierter Dorn zum Beschichten einer elyptischen Ausnehmung;
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31:
eine perspektivische teilgeschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Lackieren der Schnittfläche einer Ausnehmung
oder eines Lochs in einem Bauteil;
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31a–31f:
Querschnitte der Segmente der Vorrichtung zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens nach 30 mit unterschiedlichen Beschichtungsprofilen;
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32a–32e:
die Arbeitsweise der Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens
nach 30 mit einem drehbaren, segmentierten
Dorn zum Beschichten der Schnittkanten eines Loches oder einer Ausnehmung;
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33:
die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens nach den 1 und 2 in einer
weiteren Ausführungsform mit einem Beschichtungsdorn zum
Beschichten der Schnittkanten einer Öffnung;
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34a–34d:
eine weitere Ausführungsform eines Stempels;
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35:
schematisiert der Verfahrensablauf;
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36:
eine schematische Verfahrensbeschreibung;
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37:
eine Verfahrensbeschreibung der Vorbehandlung;
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38:
ein Verfahrensstammbaum des erfindungsgemäßen
Lackkreislaufs;
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39:
der Handlingsablauf bei einem komplexen Werkstück mit einer
Mehrzahl von Öffnungen;
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40:
die Integration der Beschichtungsvorrichtung zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Anlage
mit einer Tiefziehvorrichtung;
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41 bis 44:
ein Tauchverfahren nach dem Stand der Technik;
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45 und 46:
schematisch die Nachteile eines Tauchverfahrens nach dem Stand der Technik.
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Eine
Vorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens besitzt einen Lackbehälter 2, der entsprechend
des zu verarbeitenden Werkstücks, beispielsweise eine quadratische Grundfläche
oder eine länglich rechteckige Grundfläche besitzt.
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Der
Lackbehälter 2 verfügt somit über
eine Bodenwandung 3 und eine umlaufende Seitenwandung 4.
Im Lackbehälter 2 ist ein Beschichtungsstempel 5 angeordnet.
Der Beschichtungsstempel 5 verfügt über
einen im Wesentlichen U-förmigen Bügel 6, der über
eine Bodenwandung 7 von diesem nach oben abgehende Bügelwandungen 8 und
von den Bügelwandungen 8 seitlich abgehende Auflagewandungen 9 besitzt.
Die Auflagewandungen 9 erstrecken sich über die
Wandungen 4 des Lackbehälters hinaus nach außen
und sind an einem Hubmechanismus 10 angeordnet, beispielsweise
an einem Pneumatik- oder Hydraulikkolben 11 des Hubmechanismus 10.
Mit der Hubeinrichtung 10 und dem Pneumatik- oder Hydraulikkolben 11,
die auf die Auflagewandungen 9 wirken, kann somit der Beschichtungsstempel 5 innerhalb
des Lackbehälters 2 auf- und abgehoben werden.
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Der
Beschichtungsstempel 5 verfügt zudem über
eine der Kantenkontur eines zu beschichtenden Werkstücks 12 entsprechende Stempelwandung 13, wobei
die Stempelwandung 13 auf den Bodenwandung 7 angeordnet
ist, und eine nach oben weisende umlaufende Stempelkante 14 besitzt.
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Die
Stempelkante 14 ist sowohl bzgl. ihres umfänglichen
Verlaufs als auch bzgl. ihres Höhenverlaufs an die Kontur
eines Bauteils 12 in den vorliegenden Bildern eines Tankdeckels 12 derart
angepasst, dass ein Tankdeckel 12, der auf die Stempelkante 14 aufgelegt
wird, mit seiner umlaufenden Kante allseitig gleich aufliegt.
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Das
Werkstück 12 wird mit einem Greifer 15 oberhalb
des Beschichtungsstempels 5 positioniert, wobei der Greifer 15 beispielsweise
ein Sauggreifer 15 ist.
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Die
Stempelkante 14 kann eben ausgebildet sein, die Stempelkante 14 kann
aber auch als Hohlkehle mit einer u- oder v-förmigen Nut
ausgebildet sein, wobei sich in der Hohlkehle die Flüssigkeit
sammelt, mit der die Kante des Werkstücks beschichtet werden
soll.
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Die
Bodenwandung 7 besitzt vorzugsweise Durchbrechungen 16,
damit in dem vor der Stempelwandung 13 umschlossenen Bereich
der Lack abfließen kann.
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Vorzugsweise
werden ein oder mehrere Stege 17 stehen gelassen, auf denen
beispielsweise ein oder mehrere Zentrierdorne 18 angeordnet
werden können, die beim nachfolgend noch zu beschreibenden
Auflegen des Werkstücks in eine entsprechende Zentrierbohrung 19 eingreift,
um das Werkstück zu zentrieren.
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Um
die Beschichtung herbeizuführen (5) kann
sowohl das Werkstück 12 auf die Stempelkante 14 zu
bewegt werden, als auch der Stempel mittels des Hubmechanismus aus
der Flüssig keit herausgehoben werden, und zwar derart,
dass zumindest die Stempelkante 14 über den Flüssigkeitspegel 20 hinausragt.
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Das
Aufsetzen der zu beschichtenden Schnittkante auf die obere Beschichtungskante
des Stempels kann derart erfolgen, dass die Kante auf dem Stempel
aufliegt oder ein gewisser Abstand der zu beschichtenden Kante zur
Stempelkante besteht, die Kante jedoch bereits in die Beschichtungsflüssigkeit
eintaucht und die Beschichtungsflüssigkeit aufgrund Kapillarkräfte
auf die Kante des Werkstücks und die benachbarten Bereiche
auffliesst bzw. aufspreitet.
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Nach
der erfolgten Beschichtung der Kante werden das Werkstück
und die Stempelkante 14 bzw. der Stempel wieder voneinander
weg bewegt und anschließend eine Trocknung bzw. Aushärtung
der die Kante bedeckenden Flüssigkeit herbeigeführt,
beispielsweise durch eine sogenannte UV-Trocknung in einer entsprechenden
Anlage (UV-Ofen).
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (3, 4 und 6)
werden die nach außen oder innen weisenden Kanten eines
Werkstücks beschichtet.
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Hierzu
weist eine derartige Vorrichtung 30 ebenfalls einen Lackbehälter 31 mit
einer Bodenwandung 32 und einer umlaufenden Behälterwandung 33 auf.
Der Lackbehälter besitzt vorzugsweise eine durchgehende
Bodenfläche, wobei im Lackbehälter eine Beschichtungseinrichtung 34 vorhanden
ist. Die Beschichtungseinrichtung 34 besteht beispielsweise aus
einem Grundgestell 35 und daran angeordneten, schanierend
klappbaren Stempeleinrichtung 36. Die Stempeleinrichtungen 36 sind
nach oben um eine Achse 37 schwenkbar und besitzen eine,
im beschichtenden Zustand im Wesentlichen vertikal verlaufende Beschichtungskante 38.
Die Beschichtungskante 38 kann ebenfalls eben oder mit
einer Hohlkehle ausgebildet sein.
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Bei
der vorliegenden Vorrichtung 30 werden zwei parallel zueinander
verlaufenden Kanten 39 eines Werkstücks 40 beschichtet,
wobei das Werkstück 40 mit einem Greifer 41 in
den Bereich der Stempelkante 38 bewegt wird und die Stempelkanten 38,
entsprechend 6 aus dem Flüssigkeitsspiegel 42 heraus
bewegt werden. Vorzugsweise wird bei dieser Vorrichtung zunächst
das Werkstück platziert und anschließend die Beschichtungsbewegung 43 durchgeführt.
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Selbstverständlich
können auch innenliegende Kanten eines Werkstücks 40 in
vergleichbarer Weise beschichtet werden, indem entsprechende schwenkbare
Stempeleinrichtungen 36 dort hineingeklappt werden. Bei
einer quadratischen Öffnung können z. B. zunächst
zwei gegenüberliegende Kanten beschichtet und dann die
weiteren, sich gegenüberliegenden Kanten beschichtet werden.
Bei runden oder ovalen Öffnungen kann zunächst
ein Teilkreis oder ein Teiloval beschichtet werden und mit einer weiteren
Schwenkbewegung das andere Teiloval oder der andere Teilkreis.
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Die
Vorrichtungen 1 und 30 können auch gemeinsam
in einer Vorrichtung verwendet werden, bei der sowohl nach unten
als auch zur Seite stehende Kanten beschichtet werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (7 bis 13b) ist ein Lackbehälter vorhanden,
der in seinem Inneren, etwa zentrisch eine Aufnahmesäule 52 umfasst,
welche nach oben weisende Aufnahmedorne 53 besitzt. Die
Aufnahmedorne 53 sind derart ausgebildet, dass sie in entsprechende
Aufnahmelöcher 54 eines Werkstücks 55 eingreifen
können, um das Werkstück in x- und y-Richtung
unverrückbar zu halten und zu führen.
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Zudem
besitzt die Beschichtungsvorrichtung 50 zwei Paare von
Werkstücken 55 und Lackierstempeln 56.
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Diese
Beschichtungsvorrichtung 50 nach dem Ausführungsbeispiel
ist beispielsweise dazu ausgebildet, ein länglich ovales
Werkstück 55, welches flach eben ausgebildet ist,
an den Kanten zu lackieren. Hierzu sind zwei gegenüberliegende
Stempel 56a und zwei um 90° versetzte gegenüberliegende
Stempel 56b vorhanden, wobei die Stempelform der vier Stempel
zusammen mindestens dem Außenumfang des Werkstücks
entspricht.
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Um
das Werkstück zu beschichten wird das Werkstück 55 zunächst über
die Beschichtungsvorrichtung 50 verfahren (8a bis 8c),
wobei die Stempel 56a und die Stempel 56b im Lackbad
ruhen. Die Stempel 56a, 56b sind über
Hubeinrichtungen 57, die von außen an den Stempeln 56a, 56b eingreifen,
geführt. Nachdem das Werkstück 55 auf
die Aufnahmedorne 53 aufgelegt ist, wird zunächst
ein erstes Paar gegenüberliegende Stempel 56a durch
die Hubeinrichtungen 57 aus dem Lackbehälter 51 herausgefahren
und auf Höhe der umlaufenden Kante 58 des Werkstücks 55 positioniert
(9a bis 9c). Anschließend
werden die Werkstücke 55 (10a bis 10c) an die entsprechende Kante 58 des
Werkstücks 55 gedrückt und hierdurch
der Lack aufgetragen. Anschließend werden die Stempel 56a in
das Lackbad zurückverfahren und die Stempel 56b für
die noch nicht beschichteten umlaufenden Kantenteile werden aus
dem Lackbad ausgefahren (11a bis 11c) und anschließend an die entsprechende
Kante 58 angedrückt (12a bis 12c), anschließend wieder vom Werkstück 55 weggefahren
und das Werkstück 55 mit einem Sauger oder Greifer 59 gegriffen
und von der Vorrichtung 50 abgenommen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (14 bis 20c) wird ein Werkstück 60 an
den Kanten beschichtet, wel ches eine in Richtung zum Lackbad weisende,
beispielsweise durch Stanzen und Tiefziehen entstandene, umlaufende Kante 63 besitzt
sowie eine mittige Öffnung 61, welche von einer
Kante 62 begrenzt wird.
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Die
entsprechende Beschichtungsvorrichtung 50 besitzt wiederum
einen Lackbehälter 51, wobei in dem Lackbad ein
erster, dem Verlauf der Kante 63 entsprechenden, anhebbaren
Stempel 66 besitzt und zudem wiederum Stempel 56a und
Stempel 56b. Die Stempel 56a und Stempel 56b sind
wiederum über geeignete Hubeinrichtungen 57 von
außerhalb des Lackbades heb- und senkbar und bei dieser
Beschichtungsvorrichtung 50 auch horizontal nach außen
und innen verfahrbar. Die Führungen sind dabei derart im
Lackbad angeordnet, dass im Lackbad eine hohle, in diesem Fall langlochförmige,
Säule 65 vorhanden ist, welche eine Öffnung 64 umfasst,
welche es ermöglicht, die Führungen von unterhalb
des Lackbehälters 51 anzusteuern. Bei einer derartigen Beschichtungsvorrichtung 50 wird
das Werkstück 60 zunächst auf dem Stempel 66 abgelegt,
der aus dem Lackbad empor gefahren wird und Lack auf die umlaufende
Kante 63 appliziert (16a bis 16c). Auf Grund einer Überlappung der
Stempel 56a und Stempel 56b müssen die
Stempel 56a, 56b erst nach innen bewegt werden,
bevor sie bis zum Werkstück 60 nach oben befördert
werden können (17a bis 17c). Wenn sich die Stempel 56a, 56b in
der richtigen Höhe befinden, werden sie mit der umlaufenden
Kante 62 in Kontakt gebracht (18a, 18b) und anschließend wieder abgesenkt.
Anschließend werden die anderen beiden Stempel 56b nach
innen bewegt und in die richtige Höhe gebracht (19a bis 19c)
und anschließend (20a bis 20c) mit der inneren Kante 62 in Kontakt
gebracht, so dass die innen umlaufende Kante 62 und die
außen umlaufende Kante 63 vollständig
beschichtet sind. Anschließend wird das Bauteil verfahren,
beispielsweise zu einem UV-Trockner bzw. UV-Ofen.
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Neben
derartigen großen Innenöffnungen eines Bauteils
sind selbstverständlich auch kleinere Löcher,
beispielsweise runde Löcher, ovale Löcher oder
Langlöcher, aber auch eckige Öffnungen zu beschichten.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (21 bis 27)
ist für die Beschichtung einer umlaufenden Kante eines
Lochs 71 in einem entsprechenden Werkstück 70 zumindest
je ein Beschichtungsdorn 72 vorgesehen. Aus Gründen
der Übersichtlichkeit ist in den 21 bis 27 lediglich
das Beschichten eines Lochs bzw. einer umlaufenden Kante eines Lochs 71 gezeigt.
Selbstverständlich können auch die wie zuvor beschriebenen Verfahren
zum Beschichten größerer Öffnungen oder umlaufender
Kanten des Werkstücks zeitgleich oder davor oder danach
durchgeführt werden.
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Bei
einer ersten Ausführungsform (21) ist
ein Beschichtungsdorn 72 auf einer Beschichtungsdornbrücke 73 angeordnet,
wobei die Beschichtungsdornbrücke 73 an einer
Hubeinrichtung 57, wie sie aus den vorangegangenen Beispielen
bekannt und beschrieben ist, angeordnet. Ein Werkstück 70 wird
oberhalb des Beschichtungsdorns 72 lagegenau platziert
und anschließend der Beschichtungsdorn 72 angehoben.
Der Dorn besitzt eine kegelig umlaufende Beschichtungsfläche 74,
welche aus dem Lackbad 75 ausgefahren wird und in das Loch 71 gelangt.
Die kegelige Fläche 74 des Beschichtungsdorns 72 ist
dabei an ihrer dünnsten Stelle kleiner im Durchmesser als
das Loch 71 und in ihrem dicksten Bereich größer
als das Loch 71. Hierdurch liegt die Kegelfläche
in dem Loch 71 vollständig eingefahrenen Zustand,
an der das Loch 71 begrenzenden Kante an, wodurch Lack,
insbesondere Lack, der an der Beschichtungsfläche 74 abfließt,
die entsprechende Kante benetzt. Anschließend wird der Beschichtungsdorn 72 mit
der Beschichtungsdornbrücke 73 wieder herab in
das Lackbad gefahren, das Werkstück 70 verfahren
und weiter verarbeitet.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (22)
ist anstelle einer Hubeinrichtung 57 ein Hubmechanismus 76 vorhanden.
Der Hubmechanismus 76 besteht beispielsweise aus einem Hubzylinder 77 und
einer Hubkolbenstange 78, wobei die Hubkolbenstange 78 den
Boden des Lackbehälters durchgreift und direkt auf den
Beschichtungsdorn 72 wirkt.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (23)
ist der Beschichtungsdorn 72 mit einer Radialnut 79 in
dem Bereich ausgebildet, in dem er sich innerhalb des Lochs 71 befindet.
Der Beschichtungsdorn 72 ist dabei bezüglich der
Radialnut 79 so ausgebildet, dass er beispielsweise durch
ein Kopfteil 80, welches in den Beschichtungsdorn 70 einziehbar
ist, die Nut 79 verengt. Die Arbeitsweise dieses Dorns
ist hierbei derart, dass sich in der Nut 79 im Ruhezustand
im Lackbad der Lack ansammelt. Wenn der Dorn in die Öffnung 71 des
Werkstück 70 gefahren wird, wird die Nut 79 verengt,
so dass der Lack aus der Nut 79 herausgedrückt
wird und an die umlaufende Kante des Lochs 71 gelangt.
Hierdurch kann die Kante des Lochs 71 berührungslos
beschichtet werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Beschichtungsdorn 72 anstelle
einer Nut 79 mit einem Kissen 81, beispielsweise
aus einem gummiartigen Kunststoff oder Schaumstoff ausgebildet,
welches nach außen, über den Umfang des Beschichtungsdorns 72 auswölbbar
ist (hier 24). Beispielsweise ist das
Kissen 81 radial umlaufend in einer Nut 79 angeordnet
und wird durch das Verringern der Nutbreite der Nut 79 beispielsweise
durch das Zusammenspiel eines Kopfteils 80 mit dem Beschichtungsdorn 72 nach
außen vorgewölbt. Die Vorwölbung kann
allerdings auch durch ein pneumatisches Aufblasen oder hydraulisches
Befüllen des Kissens 81 erfolgen. In diesem Fall
kann das Kissen 81 auch als Schlauch 81, der in
einer Nut 79 ruht, ausgebildet sein.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (25)
werden die Dorne nicht mit einer Hubeinrichtung 57 aus
dem Lackbehälter 51 bewegt, sondern sind am Lackbehälter 51 schwenkbar über einen
Schwenkarm 85 gelagert. Über den Schwenkarm 85 können
die Beschichtungsdorne 72 beispielsweise derart verschwenkt
werden, dass sie in ein Loch mit einer vertikalen Lochebene (25 links)
oder in ein Loch mit einer horizontalen Lochebene eingreifen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (26)
sind die Beschichtungsdorne 72 an je einer Hubeinrichtung 86 angeordnet,
welche für jeden Dorn separat vorgesehen ist und die Beschichtungsdorne 72 in
vertikaler Richtung (Pfeil 86a) aus dem Lackbad bzw. Lackbehälter 51 heben.
Um die Beschichtungsdorne 72 in ein Loch mit einer vertikalen
Lochebene einzubringen, besitzen die Dorne zudem eine Vorrichtung,
die eine horizontale Verschiebung (Pfeil 86b) zulässt.
Die horizontale Verschiebung wird beispielsweise über eine
pneumatische oder hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnung oder einen
Schrittmotor oder Ähnliches bewerkstelligt.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (27)
ist der Dorn außerhalb eines Lackbehälters 51 drehbar
angeordnet, wobei der Dorn als Ankerdorn 89 ausgebildet
ist, wobei der Ankerdorn 89 über zwei gleichartige
Ankerschenkeldorne 87 verfügt, die an einem Ankerschaft 88 angeordnet
sind, wobei der Ankerschaft 88 an seinem Ende außerhalb
des Lackbehälters 51 drehbar gelagert ist. Durch
ein Verschwenken des Ankerdorns im Drehpunkt können abwechselnd
die Ankerschenkel 87 aus dem Lackbad auftauchen und in
ein entsprechend mit einer horizon talen Lochebene verlaufendes Loch
eingebracht werden, was relativ hohe Taktraten ermöglicht.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (28a–28d)
ist ein Dorn 100 vorhanden, der zuzüglich zu anderen
Dornen oder anderen Beschichtungselementen aber auch alleine vorhanden
sein kann, wobei dieser Dorn 100 nicht in ein Lackbad eingetaucht
werden muss. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn mehrere Öffnungen sehr
dicht beieinander angeordnet sind, so dass bei derartigen komplexeren
Formen die Beschichtung der Löcher sowohl von unten aus
einem Lackbehälter als auch von oben erfolgen kann. Hierzu
ist dieser Dorn mit einer Ringfuge 101 ausgebildet. Die
umlaufende Ringfuge 101 besitzt Zuführungen 102,
die aus einer zentralen axialen Bohrung 103 in dem Dorn 100 Lack
in die Ringfuge 101 führen.
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Zur
Applikation eines Lackes wird zunächst Lack durch die zentrale
axiale Zuführbohrung 103 im Stempel 100 in
die Zuführbohrungen 102 und von diesen in die
umlaufende Ringfuge 101 gedrückt (28b). Hierdurch bildet sich an der Ringfuge ein nach
außen vorstehender Lackwulst 104. Der Lackwulst 104 wird
durch das Eintauchen des Dorns 100 in eine Öffnung
an den Öffnungskanten 105 abgestreift, wobei vorzugsweise
unter Nachführung von Lack der Dorn und damit die Ringfuge
durch die Öffnung hindurchbewegt wird (28c, 28d),
um beim Herausziehen des Dorns 100 aus der Öffnung auch
an der Unterseite der Öffnungskante 105 bei der
Aufwärtsbewegung Lack abzustreifen und somit die Kante
umfänglich komplett zu beschichten.
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Die
Dorne können hierbei eine Vielzahl von Formen annehmen,
die selbstverständlich von der Geometrie des jeweiligen
Loches abhängt. Vier verschiedene Geometrien sind in den 24a bis 29l gezeigt,
wobei die Beschichtungsdorne 72 jeweils mit einer schrägen
Auftragsfläche 74 (30a bis 30l) ausgebildet sind. Die Dorne können im
Querschnitt bzw. die Auftragsflächen 74 können im
Querschnitt im Wesentlichen rundlich, oval, quadratisch bzw. rechteckig
pyramidal oder dreieckig pyramidal ausgebildet sein.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, insbesondere
für mittlere bis große Blechdicken, ist ebenfalls
ein Beschichtungsdorn 72 auf einer Beschichtungsdornbrücke 73 mit
einer Hubeinrichtung 57 angeordnet, wobei auch hier andere
Hubvorrichtungen möglich sind. Zur Beschichtung der umlaufenden
Kante eines Lochs 71 werden bei diesen Ausführungsformen
(30a bis 30g)
im Beschichtungsdorn 72 radial ausfahrbare Segmente 90 vorgesehen.
Bei dieser Vorrichtung wird der Beschichtungsdorn 72 mit
eingefahrenen Segmenten 90 in die richtige Höhenposition
gebracht. Dann werden die Segmente 90 ausgefahren und die
Innenkante der Öffnung 71 wird beschichtet. Der
Anpressdruck der Segmente 90 wird vorteilhafterweise so
gewählt, dass nicht zu viel Lack verdrängt wird.
Vor dem Entfernen des Dorns müssen die Segmente teilweise eingefahren
werden, um ein Abscheren des Lacks am Schnittgrad zu verhindern.
Ein derartiger Beschichtungsdorn 72 mit Segmenten 90 ist
in 30b, 30c ersichtlich,
wobei die Bewegung der Segmente 90 radial erfolgt. Bei
dieser schematischen Darstellung ist der Abstand der Segmente 90 zur
umlaufenden Kante der Öffnung 71 stark vergrößert
gezeichnet. Vorteilhafterweise wird der Abstand zwischen den eingefahrenen
Segmenten und der umlaufenden Kante der Öffnung 71 so
klein wie möglich gehalten. Bei kleinem Abstand und damit
kleinem Weg, den die Segmente 90 zurücklegen müssen, kann
bei geeigneter Einstellung der Viskosität des Lackes trotzdem
eine flächendeckende Beschichtung der umlaufenden Kante
erzielt werden, da der Lack auf die Kante aufspreitet bzw. auch
zwischen die Segmente einfließt. Eine solche Ausführungsform ist
selbstverständlich auch für elypti sche Öffnungen denkbar,
wie dies in den 29f, 29g angedeutet
ist.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (30d, 30e)
ist lediglich ein auffederbarer Ring bzw. ein auffederbares Ringsegment 90 vorhanden,
welches durch Aufbiegen an die umlaufende Kante der Öffnung 71 gepresst
wird. Auch hierbei ist der Abstand zur Kante möglichst
gering.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (31, 32a bis 32e)
ist an der Vorrichtung 50 ein segmentierter, drehbarer
Dorn 91 auf einer Hubvorrichtung 93 vorhanden.
Der segmentierte, drehbare Dorn 91 besteht beispielsweise aus
zwei Dornhälften 92, die jeweils als Stempel ausgebildet
sind. Hierbei werden die Dornhälften 92 bzw. Stempelhälften 92 in
ein Lackbad eingetaucht, wobei das Lackbad bzw. der Lackbehälter 51 eine
mittlere Durchbrechung mit Wandungen besitzt, so dass der Lackbehälter 51 als
umlaufende runde Rinne ausgebildet ist und die Dornhälften 92 bzw.
Stempelhälften 92 den Lackbehälter 51 mittig
durchgreifen. Die Stempelhälften 92 bzw. Dornenhälften 92 sind
hierbei auf einer Hubvorrichtung 93 vertikal verschiebbar sowie
um die Hochachse drehbar und horizontal verschiebbar ausgebildet.
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Um
beispielsweise ein Kreisloch 71 mit einer beschichteten
umlaufenden Kante auszubilden, wird der Dorn bzw. werden die Dornhälften 92 aus
dem ringförmigen Lackbehälter 51 in die
passende Höhenposition gefahren. Die Stempelsegmente 92 werden
entsprechend der Pfeilrichtung 94 nach außen ausgefahren,
bis sie an der die Öffnung 71 begrenzenden Kante
anliegen (32a, 32b)
und anschließend entsprechend der Pfeile 95 wieder
eingefahren. Anschließend wird der Dorn bzw. werden die Dornenhälften
entsprechend des Pfeils 96 gedreht und vorher oder nachher
in den Lackbehälter eingetaucht, um erneut Lack auf die
Auftragsflächen aufzubringen. Anschließend wird
entsprechend der 32d, 32e die
Stempelsegmente 92 an die bislang unbeschichteten Bereiche
der umlaufenden Kante der Öffnung 71 entsprechend
der Pfeilrichtung 94 ausgefahren und anschließend
entsprechend der Pfeilrichtungen 95 wieder eingefahren.
Hierdurch wird ein etwas weniger aufwändiger Bau als bei
einem Segmentdorn erzielt.
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Sowohl
die zuvor beschriebenen Stempel als auch die zuvor beschriebenen
Dorne, Segmentdorne oder drehbare Dorne können Kanten-
bzw. Auftragsflächen 97 besitzen, die glatt sind.
Darüber hinaus können diese Auftragsflächen 97 abgestimmt
auf den Anwendungsfall konturiert sein. In den 31a bis 31d sind
verschiedene Nutformen der Auftragsflächen 97 gezeigt,
wobei die Nut so gewählt ist, dass sie ein wenig breiter
ist als die Werkstückdicke. In den Nuten sammelt sich aufgrund
von Adhäsion aber auch durch den nutförmigen Hinterschnitt
Lack, wobei beim Beschichten die zu beschichtende Schnittfläche
in die Nut eintaucht, wodurch ein besonders guter Kantenumgriff
erreicht wird. Bei einer umlaufenden, im Querschnitt V-förmigen
Nut (31b) kann eine automatische
Zentrierung des Segments, des Stempels oder des Dorns am Werkstück
erreicht werden. Durch die Ausführungsform nach 31c kann das unsymmetrische Schnittbild, welches
beim Stanzen dicker Bleche entsteht, ausgeglichen werden. Für
dünne Blechdicken kann eine einfach zu fertigende Nut gemäß 31d verwendet werden. Bei besonders dicken zu
beschichtenden Blechkanten kann die Oberfläche des Stempels
oder des Segments mit einer Kontur, einer Strukturierung oder mit einer
Riffelung bzw. Rillung, die scharf (31e) oder
sanfter (31f) ausgebildet ist, ausgebildet sein
um die Lackverteilung zu vergleichmäßigen.
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Selbstverständlich
sind weitere Nutformen sowohl für die Stempel als auch
Segmente, also generell für alle Auftragsflächen
möglich.
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In 33 ist
in Abgrenzung zu den 1 und 2 eine vergleichbare
Vorrichtung gezeigt, bei der zusätzlich zur Stempelkante 14 zum
Beschichten der umlaufenden Kante des Werkstücks ein Dorn 108 vorhanden
ist, um ein Loch 109 mit einer vertikalen Lochebene mit
einem Lackauftrag zu versehen, so dass mit einer derartigen Vorrichtung sowohl
eine umlaufende Kantenbeschichtung als auch eine Lochbeschichtung
stattfinden kann. Der Dorn 108 kann hierzu in horizontaler
Richtung verschieblich angeordnet sein.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens (stark schematisiert
gezeigt in den 34a–34d) ist der Stempel so ausgebildet, dass die
Stempelkante aus dem Stempelinneren mit Lack versorgt wird. Eine
solche Ausführungsform kann alleine oder in Verbindung
mit Stempeln, die aus einem Lackbad auftauchen, verwendet werden.
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Ein
derartiger Stempel (34a–34d) ist als im Wesentlichen hohler Stempel 110 ausgebildet,
der einen Hohlraum 111 besitzt, der von Wandungen 112 umschlossen
wird und über eine Zuleitung 113 mit Lack versorgt
wird. Der Lackstempel besitzt zu einer zu bestempelnden Werkstückkante 114 eines
Werkstücks 115 hin eine Stempelfläche 116. Die
Stempelfläche 116 ist mit Bohrungen bzw. Schlitzen 117 durchbrochen,
durch die aus dem Hohlraum 111 Lack hindurch zur Fläche 116 pressbar
ist. Vorzugsweise wird die Fläche 116 beidseitig
einer zu bestempelnden Kante 114 von kurzen Wandungsabschnitten 118 begrenzt,
so dass eine Beschichtungsnut 119 gebildet wird. Vorzugsweise
wird der Lack, der durch die Lackkanäle 117 in
die Nut 119 ge presst wird, bis zu einer Badspiegel- oder
Lackspiegelhöhe 119a gedrückt, so dass
ein gewisses Lackreservoir in der Nut vorhanden ist.
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Um
ggf. den Lackfluss durch die Kanäle 117 steuern
zu können, können in den Kanälen 117 Mittel zur
Steuerung des Zuflusses 121 vorhanden sein, beispielsweise
Ventile. Der Stempel kann von der gezeigten, einer Gerade jedoch
eingewölbten Kante zu beschichten abweisen und selbstverständlich
auch dreidimensional d. h. auch z. B. kastenförmige Kantenverläufe
beschichten, wie sie beispielsweise in den 1 und 2 gezeigt
sind. Bei der Besichtung mittels eines Stempels mit Lackreservoir 111 bzw.
einem Lackhohlraum 111 und Kanälen 117 wird der
Stempel Richtung zur beschichtenden Werkstückkante 114 bewegt
(34a, 34b),
wobei der Lack vorher oder dabei durch die Lackkanäle 117 bis
zur Lackspiegelgrenze 120 in die Nut 119 eingefüllt
wird.
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Anschließend
wird der Stempel vollständig auf die Werkstückkante 114 aufgesetzt
oder gering von ihr beabstandet, so dass der Lack auf die Werkstückkante 114 aufspreiten
kann. Anschließend wird der Stempel 110 wieder
angehoben (34d), wobei eine Lackschicht 122 auf
der Kante verbleibt.
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Nachfolgend
soll auf das erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung
einer Beschichtung mit der Vorrichtung eingegangen werden.
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Mitentscheidend
für den Erfolg der Durchführung ist die Lackviskosität.
Die Viskosität des Lacks stellt einen wichtigen Prozessparameter
dar. Von ihr hängt das Verhalten des Lacks am Stempel und
das Verhalten bei der Übertragung auf das Werkstück
ab. Somit existiert ein Unter- und ein Obergrenzwert für die
Viskosität, wobei sich bei zu niedriger Viskosität der Lack
nach dem Beschichten wieder vom scharfen Schnittgrad zurückzieht
und bei zu hoher Viskosität der Lack nicht um die Schnittfläche
herum fließt. In beiden Fällen ist somit eine
Korrosionsbeständigkeit aber auch ein wirksamer Schutz
der Kante bzw. eines Verwenders vor Schnitten nicht gegeben. Der
Stempel muss an die gewählte Viskosität angepasst
werden, insbesondere auch durch die Formgebung einer eventuell vorhandenen
Nut. Im Prozess müssen dementsprechend auch die Grenzwerte
für diese Parameter eingehalten werden.
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Die
Ausführungsform des Stempels richtet sich stark nach der
Viskosität des Lacks. Nachdem der Stempel aus dem Lackbad
gehoben wurde, muss mit dem Stempeln so lange gewartet werden, bis überschüssiger
Lack von der Übertragungsfläche 97 abgelaufen
ist und sich auf der entsprechenden Übertragungsfläche
bzw. in einer entsprechenden Nut oder auf einem entsprechenden Steg
eine ruhende Lackschicht gebildet hat. Die daraus resultierende Wartezeit
kann stark verkürzt werden, wenn das Abrinnen des Lacks
nicht behindert wird. Hierzu kann z. B. der Stempelsteg sehr hoch
ausgeführt werden und der untere Teil des Stempels mit
einer großen Öffnung versehen sein. Der Optimalfall
ist ein Stempel, der nur aus einem Steg besteht. Die Breite des
Stegs bestimmt die Dicke der Lackschicht auf dem Werkstück.
Hierbei muss ein Kompromiss zwischen der Korrosionsbeständigkeit
und einer möglichst dünnen Beschichtung eingegangen
werden. Grundsätzlich ist bei einem breiten Stempel bzw.
einer breiten Auftragsfläche die Viskosität niedrig
bzw. umgekehrt.
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Bei
einem thixotropen Verhalten des Lacks kann eine Verflüssigung
auch durch die Bewegung des Stempels, insbesondere bei schnellen
Taktraten, erzeugt werden und durch Rührwerke verstärkt
werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Verringerung
der Viskosität nur so lange anhält, so lange der Lack
gerührt wird. Mit geringem Aufwand kann die Viskosität
des Lacks über die Temperatur in weiten Bereichen verändert
werden, was eine Vorrichtung zur Temperaturregelung des Lacks zu
einem wichtigen Bestandteil macht.
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Die
zu beachtenden Parameter und die durchschnittlichen Zeiten hierfür
ergeben sich aus 35.
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Der
prinzipielle Ablauf der Beschichtung ergibt sich aus 35.
Die zu beschichtenden Teile werden aus einer Beschickungsanlage
entnommen, sofern die Werkstücke vorbearbeitet und gestapelt sind.
Hierbei müssen die Einzelteile vereinzelt werden. Wird
die Beschichtungsanlage direkt an eine bestehende Anlage angebaut
bzw. in eine bestehende Anlage integriert, sind die Werkstücke
bereits einzeln verfügbar. Bestehende Anlagen können
z. B. Stanz-, Tiefziehanlagen oder Einrichtungen zur Vormontage des
Werkstücks sein. Nach einer Vereinzelung der Werkstücke
wird eine Vorbehandlung durchgeführt, wobei insbesondere
die Schnittflächen zur Beschichtung vorbehandelt werden
müssen. Dies bezieht sich insbesondere auf das Beseitigen
geringer Ölmengen, das Beseitigen von Lackkrümeln
bei organisch beschichteten Blechen, beispielsweise durch Bürsten
oder Abblasen mit Druckluft und gegebenenfalls das Aufrauen der
Schnittfläche. Gegebenenfalls kann auch durch eine chemische
Behandlung der Schnittflächen bzw. Schnittflächenränder
eine chemische Verbindung zwischen dem UV-Lack und einer organischen
Vorbeschichtung des Blechs erreicht werden, welche üblicherweise
nicht stattfindet.
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Anschließend
findet das Beschichten nach den bereits beschriebenen Möglichkeiten
statt, wobei anschließend eine Aushärtung erfolgt.
Vorzugsweise erfolgt die Aushärtung über UV-Strahlung
oder thermisch in an sich bekannten Aggregaten, wobei bei ei ner
Beschichtung, die in mehreren Schritten erfolgt, mit zwischenzeitlicher
Aushärtung gearbeitet werden kann.
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Vorzugsweise
wird erfindungsgemäß mit einem sogenannten Lackkreislauf
(38) gearbeitet, wobei hierbei Frischlack aus einem
Lackspeicher 120 über ein Regelventil 121 und
eine Pumpe 122 sowie gegebenenfalls einem Filter 123 einem
inneren Lackkreislauf zugeführt wird. Bei 124 kann
die Viskosität über Zugabe von Lösungsmitteln
oder Thixotropiermitteln eingestellt werden, wobei eine Temperaturregeleinrichtung 125 vorhanden
ist, welche die Temperatur des Lackes regelt. Der Arbeitsbehälter 126 wird
mit Lack versorgt und das Niveau des Lackspiegels 129 bzw.
Badspiegels 129 wird reguliert und möglichst konstant
gehalten. Der Lackbehälter kann zudem mit einer Rührvorrichtung 128 versehen
sein. Der abgeführte Lack wird durch einen Filter gepumpt
und kann zudem einer Entgasungsvorrichtung 127 zugeführt
werden. Hierbei kann Luft, die sich beim Stempeln in den Lack eingemischt
hat, durch Zentrifugieren oder Rühren bei gleichzeitiger Ultraschallbehandlung
entfernt werden. Schließlich kann der bearbeitete Lack über
eine Pumpe wieder dem Kreislauf zugeführt werden. Abgänge
von Lack durch die Beschichtung werden entsprechend aus dem Lackspeicher 120 nachdosiert.
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Der
gesamte Handlingsablauf beim Beschichtungsprozess ist in den 39, 40 beschrieben,
wobei beispielsweise ein zu beschichtendes Bauteil mit einer komplexen
Geometrie mit Löchern, Auskragungen, etc. versehen ist.
Das Bauteil weist eine umlaufende Schnittfläche, Schnittflächen an
der Stirnseite eines Flansches sowie Löcher auf. Das Werkstück 70 wird
vereinzelt, mit einem Greifer gehalten, an einer ersten Beschichtungsstation 130 mit
einem Stempel entlang einer Seitenkante beschichtet, anschließend
gedreht und an einer zweiten Beschichtungsstation 131 an
der gegenüberliegenden Kante be schichtet. Anschließend
wird das Bauteil aufgenommen und abermals gekippt, wobei anschließend
an einer weiteren Beschichtungsstation 132 sowohl die Löcher
als auch ein ausgebogener Kragen bzw. Flansch beschichtet wird.
Anschließend erfolgt eine UV-Aushärtung bei Licht
bei einer Aushärtestation 133 und danach das Abstapeln
bei einer Station 134.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren kann auch in eine herkömmliche
Stanz- bzw. Tiefziehanlage integriert sein, wie dies in 40 gezeigt
wird, wobei in einem ersten Abschnitt 135 aus ebenen Platinen
die Bauteile gestanzt bzw. tiefgezogen werden. Die entsprechenden
Bauteile werden anschließend in einem Verfahrensablauf 136 an
den Kanten beschichtet gehärtet und abgelegt.
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Ausführungsbeispiel
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Als
Ausführungsbeispiel dient ein komplexes Bauteil mit einer
dreidimensionalen Kante und einer Lochöffnung in einer
Lasche mit vertikaler Orientierung. Das Bauteil wird über
einen magnetischen Greifer verfahren, wobei die Pneumatikzylinder
der Hubvorrichtung über Drosselventile synchronisiert sind.
Der Lackbehälter befindet sich in einem temperaturregulierten
Wasserbad, wobei der Stempel aus hart verchromtem Stahl besteht
und innen eine große Ausnehmung besitzt, um ein Abfließen
des Lacks nicht zu behindert. Der Steg hat eine Breite von drei Millimetern,
wobei auf dem Stempel der Dorn zur Beschichtung der Lochinnenfläche
montiert ist.
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Bei
dem verwendeten UV-Lack handelt es sich um eine speziell auf Korrosionsbeständigkeit
optimierte Formulierung, wobei der Lack thixotrop, transluszent
und hart, zähelastisch im ausgehärteten Zustand
ist. Die Dichte beträgt 1,2 g/ml im flüssigen und
1,3 g/ml im ausgehärteten Zustand. Der Lack ist lösemit telfrei
und der Volumenschwund rührt von der Vernetzung des Lacks
beim Aushärten her. Die Viskosität des Lacks beträgt
6.000 mPa·s bei Raumtemperatur und muss für den
Beschichtungsprozess verringert werden. Durch die thixotrope Eigenschaft
des Lacks sinkt die Viskosität bereits merklich, wenn die Lackmenge
umgerührt wird. In diesem Fall sinkt die thixotrope Eigenschaft
schon durch das Ein- und Austauchen des Stempels. Eine weitere Verringerung
der Viskosität wird durch Erwärmen des Lacks erreicht,
wobei das Lackbad auf 35 bis 40°C erwärmt und
dort gehalten wird, wodurch sich im laufenden Prozess zusammen mit
der Stempelbewegung eine Viskosität von 3.200 bis 4.200
mPa·s einstellt.
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In 35 ist
der Ablauf der Beschichtung mit der Zeitdauer für jeden
Schritt abgebildet. Das Bauteil befindet sich zu Beginn neben dem
Lackbehälter. Es wird vom Greifer aufgenommen und oberhalb
des Stempels platziert. Zeitgleich dazu wird der Stempel aus dem
Lackbad gehoben. Um überflüssigen Lack abrinnen
zu lassen wird eine ausreichende Wartezeit eingehalten und anschließend
die Schnittkante auf die Stirnfläche des Stempels aufgedrückt
und gehalten. In dieser Zeit spreitet der Lack gleichmäßig über die
Schnittfläche. Nach dieser Verweildauer wird das Bauteil 20 Millimeter
senkrecht über den Stempel bewegt, um kleine Lackfäden
zum Abreißen zu bringen. Die umlaufende Schnittfläche
ist jetzt komplett mit einer Lackschicht überzogen.
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Zur
Beschichtung der vorhandenen Bohrung wird das Bauteil nach hinten
versetzt, so dass sich die Lasche des Bauteils vor dem Dorn befindet.
Anschließend wird das Bauteil nach unten bewegt, bis die
Bohrung mit dem Dorn coaxial orientiert ist (fluchtet) und der Dorn
in die Bohrung eindringen kann. Das Bauteil wird horizontal nach
hinten bewegt, bis sich die Kegelfläche des Dorns und die
Innenseite der Bohrung berühren.
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Auf
Grund der kleinen Abmessung ist hier keine Wartezeit erforderlich
und das Bauteil wird nach dem Berühren horizontal vom Dorn
entfernt. Die Bohrung ist jetzt komplett beschichtet. Es kann vorkommen,
dass sich nach der Beschichtung ein Lackhäutchen über
die Kreisfläche der Bohrung spannt.
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Um
dieses Häutchen zum Zerplatzen zu bringen, kann das Bauteil
nochmals zum Dorn bewegt werden, bis sich Lackhäutchen
und Dornspitze berühren, was zum gewünschten Effekt
führt. Das Bauteil wird anschließend zum Aushärten
gebracht, wobei zeitgleich zum Weitertransport des Bauteils der Stempel
wieder im Lackbad versenkt wird und dort gehalten wird. Die Dauer
für einen kompletten Zyklus beträgt z. B. 10 Sekunden,
wobei nach erfolgter Beschichtung auf der Schnittfläche
eine Lackschicht mit 0,47 g/m2 bezogen auf
die Länge der Schnittfläche entsteht. Die dünnste
Schichtdicke beträgt etwa 100 μm, wobei die Aushärtung
im UV-Ofen in etwa eine Sekunde beträgt.
-
Vorteilhafterweise
wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Viskosität
derart eingestellt, dass für die Dauer der Applizierung,
insbesondere bei einer Vorrichtung 30 ausreichend Flüssigkeit
zur Beschichtung der Kante zur Verfügung steht.
-
Bei
der Erfindung ist von Vorteil, dass gestanzte bzw. ausgeschnittene
Blechbauteile einfach, schnell und sicher mit einer Kantenbeschichtung ausgebildet
werden können, wobei die Vorrichtungen zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens einen vollautomatisierten
schnellen Betrieb mit hohen Taktzeiten zulassen.
-
Im
Ergebnis wird eine einwandfreie Kantenbeschichtung erreicht, die
sowohl dem Korrosionsschutz als auch dem Kantenschutz dient.
-
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Lackbehälter
- 3
- Bodenwandung
- 4
- umlaufende
Seitenwandung
- 5
- Beschichtungsstempel
- 6
- U-förmiger
Bügel
- 7
- Bodenwandung
- 8
- Bügelwandung
- 9
- Auflagewandung
- 10
- Hubmechanismus
bzw. Hubeinrichtung
- 11
- Pneumatik-
oder Hydraulikkolben
- 12
- Werkstück
bzw. Bauteil
- 13
- Stempelwandung
- 14
- umlaufende
Stempelkante
- 15
- Greifer
- 16
- Durchbrechungen
- 17
- Stege
- 18
- Zentrierdorn
- 19
- Zentrierbohrung
- 20
- Flüssigkeitspegel
- 30
- Vorrichtung
- 31
- Lackbehälter
- 32
- Bodenwandung
- 33
- umlaufende
Behälterwandung
- 34
- Beschichtungseinrichtung
- 35
- Grundgestell
- 36
- Stempeleinrichtung
- 37
- Achse
- 38
- Stempel-
bzw. Beschichtungskante
- 39
- Kanten
- 40
- Werkstück
- 41
- Greifer
- 42
- Flüssigkeitsspiegel
- 43
- Beschichtungsbewegung
- 50
- Beschichtungsvorrichtung
- 51
- Lackbehälter
- 52
- Aufnahmesäule
- 53
- Aufnahmedorne
- 54
- Aufnahmelöcher
- 55
- Werkstück
- 56
- Lackierstempel
- 56a
- Lackierstempel
- 56b
- Lackierstempel
- 57
- Hubeinrichtung
- 58
- umlaufende
Kante
- 59
- Sauger
bzw. Greifer
- 60
- Werkstück
- 61
- mittige Öffnung
- 62
- innere
umlaufende Kante
- 63
- außen
umlaufende Kante
- 64
- Öffnung
- 65
- Säule
- 66
- Stempel
- 70
- Werkstück
- 71
- Loch
bzw. Öffnung
- 72
- Beschichtungsdorn
- 73
- Beschichtungsdornbrücke
- 74
- Beschichtungsfläche
bzw. Auftragsfläche
- 75
- Lackbad
- 76
- Hubmechanismus
- 77
- Hubzylinder
- 78
- Hubkolbenstange
- 79
- Radialnut
- 80
- Kopfteil
- 81
- Kissen
- 85
- Schwenkarm
- 86
- Hubeinrichtung
- 86a
- vertikale
Richtung (Pfeil)
- 86b
- horizontale
Richtung (Pfeil)
- 87
- Ankerschenkeldorne
bzw. Ankerschenkel
- 88
- Ankerschaft
- 89
- Ankerdorn
- 90
- Segmente
bzw. Ringsegment
- 91
- Dorn
- 92
- Stempelhälften
bzw. Stempelsegment
- 93
- Hubvorrichtung
- 94
- Pfeilrichtung
- 95
- Pfeilrichtung
- 96
- Pfeilrichtung
- 97
- Auftragsflächen
- 100
- Dorn
- 101
- Ringfuge
- 102
- Zuführung
- 103
- Bohrung
- 104
- Lackwulst
- 105
- Öffnungskanten
- 108
- Dorn
- 109
- Loch
- 110
- hohler
Stempel
- 111
- Hohlraum
- 112
- Wandungen
- 113
- Zuleitungen
- 114
- Werkstückkante
- 115
- Werkstück
- 116
- Stempelfläche
- 117
- Bohrungen
bzw. Schlitze
- 118
- Wandungsabschnitte
- 119
- Beschichtungsnut
- 119a
- Lackspiegel
- 120
- Lackspeicher
- 121
- Regelventil
- 122
- Lackschicht
- 123
- Filter
- 125
- Temperaturregeleinrichtung
- 126
- Arbeitsbehälter
- 127
- Entgasungsvorrichtung
- 128
- Rührvorrichtung
- 129
- Lackspiegel
bzw. Badspiegel
- 130
- erste
Beschichtungsstation
- 131
- zweite
Beschichtungsstation
- 132
- weitere
Beschichtungsstation
- 133
- Aushärtestation
- 134
- Abstapelstation
- 135
- erster
Abschnitt
- 136
- Verfahrensablauf
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10106474
A1 [0007]
- - DE 4011320 C2 [0008]
- - DE 38280045 C1 [0010]
- - DE 3704364 C1 [0011]
- - DE 3344826 C2 [0013]
- - DE 10226281 A1 [0014]
- - DE 3639426 [0015]
- - DE 2421315 [0016]