DE102013002412A1

DE102013002412A1 - Applikationsverfahren und Applikationsanlage

Info

Publication number: DE102013002412A1
Application number: DE102013002412.9A
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Fritz; Benjamin Wöhr; Marcus Kleiner; Timo Beyl; Frank Herre
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2013-02-11
Filing date: 2013-02-11
Publication date: 2014-08-14
Also published as: JP6608703B2; EP3804863B1; US20150375258A1; HUE053410T2; CN104994966B; EP2953732A1; WO2014121916A8; JP6906031B2; CN104994966A; MX2015009529A; US20210379620A1; EP3804863A1; US11117160B2; PL3804863T3; ES2856182T3; HUE061173T2; JP2016507372A; ES2934076T3; EP2953732B1; US11872588B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Applikationsverfahren zur Applikation eines Beschichtungsmittels, insbesondere eines Lacks, eines Dichtstoffs, eines Trennmittels oder ein Klebstoffs, auf ein Bauteil (6), insbesondere auf ein Kraftfahrzeugkarosseriebauteil. Das Applikationsverfahren umfasst die folgenden Schritte: Abgabe eines Beschichtungsmittelstrahls (5) aus einem Applikationsgerät (2) und Positionieren des Applikationsgeräts (2) relativ zu dem Bauteil (6) mit einem bestimmten Applikationsabstand (d) zwischen dem Applikationsgerät (2) und dem Bauteil (6), so dass der Beschichtungsmittelstrahl (5) auf das Bauteil (6) auftrifft und das Bauteil (6) beschichtet. Es wird vorgeschlagen, dass der Applikationsabstand (d) kleiner ist als die Zerfallslänge (LZERFALL) des Beschichtungsmittelstrahls (5), so dass der Beschichtungsmittelstrahl (5) mit seinem zusammenhängenden Bereich auf das Bauteil (6) auftrifft. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Applikationsanlage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Applikationsverfahren und eine Applikationsanlage zur Applikation eines Beschichtungsmittels (z. B. Lack, Dichtstoff, Trennmittel, Klebstoff, Funktionsschicht) auf ein Bauteil (z. B. ein Kraftfahrzeugkarosseriebauteil).
Aus DE 10 2010 019 612 A1 ist ein Beschichtungsverfahren bekannt, bei dem ein Tröpfchenstrahl des Beschichtungsmittels erzeugt wird, der auf die zu beschichtende Bauteiloberfläche auftrifft. Der Tröpfchenzerfall des zunächst kontinuierlichen Beschichtungsmittelstrahls wird hierbei gezielt durch Schwingungseinkopplung forciert, damit die Zerfallslänge des Beschichtungsmittelstrahls kleiner ist als der Lackierabstand, d. h. der Abstand zwischen Applikationsgerät und Bauteiloberfläche.
Dieses bekannte Applikationsverfahren mittels eines Tröpfchenstrahls ist jedoch noch nicht vollständig befriedigend.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein entsprechend verbessertes Applikationsverfahren und eine entsprechende Applikationsanlage zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Applikationsverfahren und eine entsprechende Applikationsanlage gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, den Tröpfchenzerfall nicht – wie bei DE 10 2010 019 612 A1 – gezielt durch eine Schwingungseinkopplung zu forcieren, sondern den kontinuierlichen Bereich des Beschichtungsmittelstrahls zur Beschichtung zu nutzen. Im Rahmen der Erfindung wird der Applikationsabstand (d. h. der Abstand zwischen Austrittsöffnung des Applikationsgeräts einerseits und der zu beschichtenden Bauteiloberfläche andererseits) deshalb kleiner gewählt als die Zerfallslänge des Beschichtungsmittelstrahls, d. h. die Länge des kontinuierlichen Bereichs des Beschichtungsmittelstrahls zwischen der Austrittsöffnung des Applikationsgeräts einerseits und dem Ende des kontinuierlichen Bereichs am Übergang zum Tropfenzerfall. Dies hat zur Folge, dass der Beschichtungsmittelstrahl mit seinem zusammenhängenden Bereich auf das Bauteil auftrifft, was zu einem besseren Beschichtungsergebnis führt.
Bei dem erfindungsgemäßen Applikationsverfahren wird also in Übereinstimmung mit dem eingangs beschriebenen Stand der Technik ein Beschichtungsmittelstrahl aus einem Applikationsgerät ausgegeben, wobei der Beschichtungsmittelstrahl nach dem Austreten aus dem Applikationsgerät bis zum Erreichen einer Zerfallslänge zunächst einen in Strahlrichtung zusammenhängenden Bereich aufweist, woraufhin der Beschichtungsmittelstrahl dann nach der Zerfallslänge nach dem Austreten aus dem Applikationsgerät gemäß den Naturgesetzen (”natürlicher Zerfall nach Rayleigh”) in Tröpfchen zerfällt, die in der Strahlrichtung voneinander getrennt sind.
Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Beschichtungsmittelstrahls beinhaltet sowohl einen als auch mehrere Beschichtungsmittelstrahlen, im Folgenden wird jedoch der Einfachheit halber ausschließlich die singuläre Form verwendet. Der Beschichtungsmittelstrahl ist zu unterscheiden von einem Beschichtungsmittelnebel, wie er beispielsweise von herkömmlichen Rotationszerstäubern abgegeben wird. So zeichnet sich der erfindungsgemäße Beschichtungsmittelstrahl durch einen zusammenhängenden Querschnitt, einen im Vergleich zu einem Zerstäubungsnebel geringen Aufweitungswinkel und eine sehr geringe seitliche Ausdehnung auf, was insbesondere bei einer Detaillackierung wichtig ist.
Darüber hinaus sieht das erfindungsgemäße Applikationsverfahren in Übereinstimmung mit dem eingangs beschriebenen Stand der Technik vor, dass das Applikationsgerät relativ zu dem zu beschichtenden Bauteil (z. B. Kraftfahrzeugkarosseriebauteil) mit einem bestimmten Applikationsabstand zwischen dem Applikationsgerät und dem Bauteil positioniert wird, so dass der Beschichtungsmittelstrahl auf das Bauteil auftrifft und das Bauteil beschichtet.
Durch eine geeignete Positionierung des Applikationsgeräts relativ zu dem Bauteil ist auf diese Weise auch eine Detaillackierung möglich, da der Querschnitt des Beschichtungsmittelstrahls relativ klein und definiert ist. Deshalb ist es auch möglich, nur einen entsprechend kleinen Bereich der Bauteiloberfläche selektiv zu beschichten.
Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass das Bauteil flächig mit dem Beschichtungsmittel beschichtet wird, indem der Beschichtungsmittelstrahl die Bauteiloberfläche in mehreren nebeneinander liegenden oder sich überlappenden Bahnen abfährt.
Das erfindungsgemäße Applikationsverfahren unterscheidet sich von dem eingangs beschriebenen Stand der Technik dadurch, dass der Applikationsabstand kleiner gewählt wird als die Zerfallslänge des Beschichtungsmittelstrahls, so dass der Beschichtungsmittelstrahl mit seinem zusammenhängenden Bereich auf das Bauteil auftrifft. Bei dem eingangs beschriebenen bekannten Stand der Technik treffen also einzelne Tröpfchen des Beschichtungsmittels auf die Bauteiloberfläche auf, wohingegen gemäß der Erfindung ein kontinuierlicher Beschichtungsmittelstrahl auf das Bauteil auftrifft.
Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Beschichtungsmittels ist allgemein zu verstehen und umfasst beispielsweise Lack (z. B. Basislack, Klarlack), Dichtstoff, Trennmittel, Funktionsschicht und Klebstoff. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jedoch eine Detaillackierung vorgesehen, wobei ein Lack appliziert wird. Unter die Kategorie Funktionsschicht fallen alle Schichten, die eine Oberflächenfunktionalisierung zur Folge haben, wie zum Beispiel Haftvermittler, Primer, Steinschlagschutz oder auch Schichten zur Verringerung der Transmission.
Beispielsweise kann der Beschichtungsmittelstrahl auf dem Bauteil ein Muster applizieren, wie beispielsweise einen Streifen (z. B. Designstreifen, Dekorstreifen). Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Musters ist jedoch allgemein zu verstehen und nicht auf Streifen beschränkt. Beispielsweise kann das Muster auch eine Grafik sein, wie beispielsweise eine Silhouette eines springenden Pferds auf einer Motorhaube oder eine Zielflagge auf einer Dachfläche einer Kraftfahrzeugkarosserie.
Mit dem erfindungsgemäßen Applikationsverfahren lässt sich im Gegensatz zu herkömmlichen Zerstäubungsverfahren mittels Rotationszerstäubern ein randscharfes Muster erreichen, was für eine qualitativ hochwertige Anmutung wichtig ist. Zum einen bedeutet der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines randscharfen Musters, dass der Rand des Musters gegenüber einem vorgegebenen Randverlauf nur sehr geringe Abweichungen aufweist, die vorzugsweise kleiner sind als 3 mm, 1 mm, 0,5 mm, 0,2 mm oder sogar 0,1 mm. Zum anderen bedeutet der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines randscharfen Musters aber auch, dass außerhalb des beschichteten Musters keine Beschichtungsmittelspritzer auf die Bauteiloberfläche auftreffen.
Es wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass sich das erfindungsgemäße Applikationsverfahren auch zur flächigen Bauteilbeschichtung eignet. Hierbei kann der Beschichtungsmittelstrahl mehrfach über das Bauteil gefahren werden, wobei jeweils eine Beschichtungsmittelbahn appliziert wird. Auf diese Weise können durch eine mäanderförmige Führung des Beschichtungsmittelstrahls zahlreiche parallele Beschichtungsmittelbahnen appliziert werden.
In einer Variante der Erfindung verlaufen die einzelnen Beschichtungsmittelbahnen nach dem Auftragen ineinander und bilden dann einen einheitlichen Streifen bzw. eine einheitliche Beschichtungsmittelschicht.
In einer anderen Variante der Erfindung verlaufen die einzelnen Beschichtungsmittelbahnen dagegen nicht ineinander, sondern bilden im fertigen Zustand zwei oder mehrere getrennte Streifen.
Es wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Musters vorzugsweise auf einen Streifen abstellt, der auf die Bauteiloberfläche appliziert wird. Mit dem erfindungsgemäßen Applikationsverfahren lassen sich vorteilhaft äußerst schmale Streifen applizieren, die eine Breite von weniger als 1 m, 10 cm, 5 cm, 2 cm, 1 cm, 5 mm, 2 mm, 1 mm, 400 μm oder sogar weniger als 200 μm aufweisen können. Allerdings weist der einzelne Streifen vorzugsweise eine Breite von mindestens 100 μm, 200 μm, 400 μm, 1 mm, 2 mm, 5 mm, 1 cm, 2 cm, 5 cm, 10 cm oder sogar 1 m auf.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gibt das Applikationsgerät nicht nur einen einzigen Beschichtungsmittelstrahl ab, sondern mehrere Beschichtungsmittelstrahlen, die im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. Der Abstand zwischen den unmittelbar benachbarten Beschichtungsmittelstrahlen ist hierbei vorzugsweise so groß, dass sich die unmittelbar benachbarten Beschichtungsmittelstrahlen zwischen dem Applikationsgerät und dem Bauteil nicht vereinen, sondern als getrennte Beschichtungsmittelstrahlen auf die Bauteiloberfläche auftreffen, sich aber noch auf dem Bauteil zu einer Fläche vereinen.
Zur Abgabe der einzelnen Beschichtungsmittelstrahlen sind vorzugsweise mehrere Applikationsdüsen vorgesehen, die einen bestimmten Düseninnendurchmesser aufweisen und in einem bestimmten Düsenabstand angeordnet sind. Zur Vermeidung einer Vereinigung benachbarter Beschichtungsmittelstrahlen zwischen den Applikationsdüsen und der Bauteiloberfläche ist der Düsenabstand zwischen den unmittelbar benachbarten Applikationsdüsen vorzugsweise mindestens gleich dem Dreifachen, Vierfachen oder Sechsfachen des Düseninnendurchmessers.
Die einzelnen Applikationsdüsen sind hierbei vorzugsweise gemeinsam in einer Lochplatte angeordnet, was eine kostengünstige Herstellung ermöglicht.
Darüber hinaus besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die einzelnen Applikationsdüsen oder Bereiche mit mehreren Düsen unabhängig voneinander gesteuert werden können, so dass die aus den einzelnen Applikationsdüsen austretenden Beschichtungsmittelstrahlen unterschiedliche Betriebsgrößen aufweisen. Beispielsweise kann die Austrittsgeschwindigkeit des Beschichtungsmittels aus den Applikationsdüsen, die Art des Beschichtungsmittels oder der Volumenstrom des austretenden Beschichtungsmittels für die einzelnen Applikationsdüsen bzw. Bereiche individuell eingestellt werden.
Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass das Applikationsgerät während der Applikation des Beschichtungsmittels relativ zu dem Bauteil bewegt wird, so dass der Beschichtungsmittelstrahl mit seinem Auftreffpunkt auf der Bauteiloberfläche eine entsprechende Bahn abfährt.
In einer Variante der Erfindung kann das Applikationsgerät ortsfest angeordnet sein, während das Bauteil bewegt wird. Die Bewegungsgeschwindigkeit beträgt hierbei vorzugsweise mindestens 10 cm/s, 50 cm/s, 1 m/s, 1,5 m/s und höchstens 10 m/s, 5 m/s oder höchstens 1 m/s. Diese Variante ist an sich bereits aus EP 1 745 858 A2 bekannt, so dass der Inhalt dieser Patentanmeldung der vorliegenden Beschreibung hinsichtlich der Relativbewegung von Applikationsgerät und Bauteil in vollem Umfang zuzurechnen ist.
In einer anderen Variante der Erfindung wird dagegen das Bauteil ortsfest angeordnet, während das Applikationsgerät bewegt wird. Hierbei ist die Bewegungsgeschwindigkeit vorzugsweise mindestens 10 cm/s, 20 cm/s, 30 cm/s, 50 cm/s, 1 m/s oder mindestens 2 m/s und höchstens 250 cm/s, 700 mm/s, 500 mm/s oder höchstens 100 mm/s.
Ferner kann die Relativbewegung zwischen dem Applikationsgerät und dem zu beschichtenden Bauteil erreicht werden, indem sowohl das Applikationsgerät als auch das zu beschichtende Bauteil bewegt werden.
Es wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass das Applikationsgerät relativ zu dem Bauteil über die Bauteiloberfläche bewegt wird, so dass der Beschichtungsmittelstrahl mit seinem Auftreffpunkt auf der Bauteiloberfläche eine Bahn abfährt, die dann mit dem Beschichtungsmittel beschichtet wird. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass der Beschichtungsmittelstrahl während des Abfahrens der Bahn auf der Bauteiloberfläche kurz ausgeschaltet bzw. unterbrochen und anschließend wieder eingeschaltet bzw. fortgesetzt wird, so dass die abgefahrene Bahn auf der Bauteiloberfläche eine Lücke aufweist, die nicht mit dem Beschichtungsmittel beschichtet ist. Im Rahmen der Erfindung kann der Beschichtungsmittelstrahl so langsam über die Bauteiloberfläche bewegt und so schnell eingeschaltet bzw. abgeschaltet werden, dass auf dem Bauteil eine Ortsauflösung von feiner als 5 mm, 2 mm oder 1 mm erreicht wird. Dies ist insbesondere bei einer Detaillackierung eines Musters vorteilhaft.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Applikationsverfahrens besteht in der Vermeidung von Overspray bzw. in der Erhöhung des Auftragswirkungsgrads, d. h. des Anteils des applizierten Beschichtungsmittels, der sich auch tatsächlich auf der Bauteiloberfläche ablagert. Der Beschichtungsmittelstrahl wird deshalb vorzugsweise nur dann angeschaltet, wenn der Beschichtungsmittelstrahl auch tatsächlich auf die Bauteiloberfläche auftrifft. Bei der Beschichtung eines Bauteils mit einer seitlichen Kante wird das Applikationsgerät deshalb vorzugsweise bei abgeschaltetem Beschichtungsmittelstrahl in seitlicher Richtung an die Kante herangefahren. Der Beschichtungsmittelstrahl wird dann erst eingeschaltet, wenn sich das Applikationsgerät über der Kante befindet, so dass der eingeschaltete Beschichtungsmittelstrahl dann tatsächlich auf das Bauteil auftrifft. Anschließend wird das Applikationsgerät dann über das zu beschichtende Bauteil entlang der zu beschichtenden Bauteiloberfläche bewegt, um eine entsprechende Bahn des Beschichtungsmittels aufzutragen. Der Beschichtungsmittelstrahl wird dann wieder abgeschaltet, wenn das Applikationsgerät über eine seitliche Kante des zu beschichtenden Bauteils hinweg bewegt wird, da der Beschichtungsmittelstrahl dann anschließend nicht mehr auf die Bauteiloberfläche auftreffen würde.
Zur Ermöglichung des geeigneten Ein- bzw. Ausschaltens des Beschichtungsmittelstrahls werden vorzugsweise die räumlichen Positionen des zu beschichtenden Bauteils und des Applikationsgerätes erfasst, um daraus ableiten zu können, ob der Beschichtungsmittelstrahl auf die Bauteiloberfläche auftreffen würde. Der Beschichtungsmittelstrahl wird dann vorzugsweise abgeschaltet, wenn die erfassten Positionen von Bauteil und Applikationsgerät darauf schließen lassen, dass der Beschichtungsmittelstrahl nicht auf die Bauteiloberfläche auftreffen würde. Der Beschichtungsmittelstrahl kann dagegen vorzugsweise nur dann angeschaltet werden, wenn die erfassten Positionen von Bauteil und Applikationsgerät darauf schließen lassen, dass der Beschichtungsmittelstrahl auch tatsächlich auf die Bauteiloberfläche auftreffen würde.
Die vorstehend erwähnte Positionserfassung kann beispielsweise mittels einer Kamera, eines Ultraschallsensors, eines induktiven oder kapazitiven Sensors oder mittels eines Lasersensors erfolgen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Positionen von Bauteil und Applikationsgerät aus einer Maschinen- bzw. Robotersteuerung ausgelesen werden, sofern das Bauteil und das Applikationsgerät von einer Maschine bzw. einem Roboter positioniert werden.
Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass das erfindungsgemäße Applikationsverfahren einen hohen Auftragswirkungsgrad ermöglicht, der beispielsweise größer sein kann als 80%, 90%, 95% oder sogar größer als 99%, so dass im Wesentlichen das gesamte applizierte Beschichtungsmittel vollständig auf dem Bauteil abgelagert wird, ohne dass in nennenswertem Umfang Overspray entsteht.
Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Applikationsverfahren auch eine relativ hohe Flächenbeschichtungsleistung von mindestens 0,5 m²/min, 1 m²/min oder 3 m²/min. Die Flächenbeschichtungsleistung lässt sich hierbei nahezu beliebig vergrößern, indem die Anzahl der Applikationsdüsen in dem Applikationsgerät entsprechend erhöht wird.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass verhindert werden sollte, dass der Beschichtungsmittelstrahl nach dem Auftreffen auf das Bauteil wieder von dem Bauteil abprallt, da dies zu störenden Beschichtungsmittelspritzern führen würde, die eine randscharfe Lackierung verhindern. Der Volumenstrom des applizierten Beschichtungsmittels und damit die Austrittsgeschwindigkeit des Beschichtungsmittels werden deshalb vorzugsweise so eingestellt, dass das Beschichtungsmittel nach dem Auftreffen auf das Bauteil nicht von dem Bauteil abprallt.
Die Austrittsgeschwindigkeit des Beschichtungsmittels beträgt hierbei vorzugsweise mindestens 5 m/s, 7 m/s oder 10 m/s und höchstens 30 m/s, 20 m/s oder 10 m/s.
Der Applikationsabstand zwischen der Austrittsöffnung des Applikationsgeräts einerseits und der Bauteiloberfläche andererseits beträgt dagegen vorzugsweise mindestens 4 mm, 10 mm oder mindestens 40 mm und vorzugsweise höchstens 200 mm oder 100 mm.
Ferner ist zu erwähnen, dass das Applikationsgerät vorzugsweise mittels eines mehrachsigen Roboters bewegt wird, der eine serielle oder parallele Kinematik aufweisen kann. Derartige Roboter sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und müssen deshalb nicht näher beschrieben werden.
Weiterhin wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass das Beschichtungsmittel ein Lack sein kann, wobei es sich beispielsweise um einen Basislack, einen Klarlack, einen Effektlack, einen Micalack oder einen Metallic-Lack handeln kann. Hierbei ist auch zu erwähnen, dass es sich bei dem Beschichtungsmittel wahlweise um einen Wasserlack oder um einen Lösemittellack handeln kann.
Ferner ist noch zu erwähnen, dass der Beschichtungsmittelstrahl im Rahmen der Erfindung vorzugsweise mit einer Umschaltdauer von weniger als 50 ms, 20 ms, 10 ms, 5 ms oder 1 ms eingeschaltet oder ausgeschaltet werden kann. Die Umschaltdauer ist hierbei definiert als die minimale Zeitdauer, die erforderlich ist, um den Beschichtungsmittelstrahl auszuschalten und anschließend wieder einzuschalten bzw. einzuschalten und anschließend wieder auszuschalten.
Neben dem vorstehend beschriebenen Applikationsverfahren umfasst die Erfindung auch eine entsprechende Applikationsanlage, wie sich bereits aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, so dass auf eine separate Beschreiung der Applikationsanlage verzichtet werden kann.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Applikationsanlage,
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Applikationsanlage,
3A–3C und 4A–4C verschiedene Darstellungen von randscharfen bzw. nicht randscharfen Streifen eines Beschichtungsmittels,
5 eine Darstellung eines Beschichtungsmittelstreifens zur Verdeutlichung der Randschärfe,
6A–6D schematische Darstellungen zum Einschalten bzw. Ausschalten des Beschichtungsmittelstrahls bei einer Bauteillackierung, sowie
7 ein Flussdiagramm entsprechend den 6A–6D.
1 zeigt eine herkömmliche Applikationsanlage, wie sie beispielsweise aus DE 10 2010 019 612 A1 bekannt ist. Dabei versorgt eine Applikationstechnik 1 ein Applikationsgerät 2 mit den erforderlichen Medien, wie beispielsweise dem zu applizierenden Beschichtungsmittel, wobei es sich beispielsweise um einen Lack handeln kann.
Das Applikationsgerät 2 weist eine Lochplatte 3 auf, in der zahlreiche Applikationsdüsen 4 ausgebildet sind. Jede der Applikationsdüsen 4 der Lochplatte 3 gibt jeweils einen Beschichtungsmittelstrahl 5 ab, wobei die Beschichtungsmittelstrahlen 5 unmittelbar nach dem Austreten aus den Applikationsdüsen 4 zunächst über eine Zerfallslänge L_ZERFALL in Strahlrichtung zusammenhängend sind und dann anschließend in Tröpfchen zerfallen, wobei der Tröpfchenzerfall bei dieser herkömmlichen Applikationsanlage gezielt forciert wird, indem Schwingungen eingekoppelt werden.
Das Applikationsgerät 2 wird hierbei relativ zu einem zu beschichtenden Bauteil 6 in einem Applikationsabstand d positioniert, wobei die Positionierung so erfolgt, dass der Applikationsabstand d größer ist als die Zerfallslänge L_ZERFALL. Dies bedeutet, dass die Beschichtungsmittelstrahlen 5 nicht mit ihrem kontinuierlichen Bereich auf das Bauteil 6 auftreffen, sondern als Tröpfchenfolge.
2 zeigt eine Abwandlung der herkömmlichen Applikationsanlage gemäß 1 in Richtung der Erfindung. Die erfindungsgemäße Applikationsanlage gemäß 2 stimmt teilweise mit der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Applikationsanlage überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten die selben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Applikationsanlage besteht darin, dass das Applikationsgerät 2 relativ zu dem Bauteil 6 so positioniert wird, dass der Applikationsabstand d kleiner ist als die Zerfallslänge L_ZERFALL. Dies bedeutet, dass die Beschichtungsmittelstrahlen 5 mit ihrem in Strahlrichtung zusammenhängenden Bereich auf die Oberfläche des Bauteils 6 auftreffen, was zu einem besseren Lackierergebnis führt.
Darüber hinaus wird der Tröpfchenzerfall der Beschichtungsmittelstrahlen 5 hierbei nicht gezielt durch Schwingungseinkopplung forciert, da der Tröpfchenzerfall im Rahmen der Erfindung gerade verhindert werden soll.
Die erfindungsgemäße Applikationsanlage ermöglicht das Aufbringen von randscharfen Mustern, wie in den 3A–3C und 4A–4C dargestellt ist und nachfolgend erläutert wird.
So zeigt 3A einen randscharfen Streifen, wie er mit der erfindungsgemäßen Applikationsanlage gemäß 2 auf das Bauteil 6 aufgebracht werden kann.
Die 3B und 3C zeigen dagegen Ausführungsbeispiele von herkömmlichen Streifen mit mehr oder weniger ausgefransten Rändern des Streifens.
Die 4A–4C zeigen ebenfalls keine randscharfen Streifen sondern ungeeignete Streifen mit Beschichtungsmittelspritzern seitlich neben dem eigentlichen Streifen.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Streifens 7 zur Verdeutlichung der Randschärfe des Streifens 7. So weist der Streifen 7 gegenüber einem vorgegebenen Randverlauf eine maximale Abweichung a auf, wobei die Abweichung a im Rahmen der Erfindung vorzugsweise kleiner ist als 3 mm, 1 mm oder 0,5 mm. Dadurch lassen sich beispielweise auf einer Kraftfahrzeugkarosserie Dekorstreifen mit einer hohen Qualitätsanmutung erzeugen.
Die 6A–6D zeigen in schematischer Form das Auftragen einer Lackierbahn auf ein Bauteil 9, wobei das Bauteil 9 seitlich durch zwei Kanten 10, 11 begrenzt wird.
Die Beschichtungsmittelbahnen werden hierbei mittels eines Applikationsgeräts 12 aufgetragen, wobei das Applikationsgerät 12 Beschichtungsmittelstrahlen 13 abgeben kann, wie bereits vorstehend beschrieben wurde.
Das Applikationsgerät 12 wird hierbei zunächst seitlich an das Bauteil 9 herangeführt, wie in 6A dargestellt ist, wobei der Beschichtungsmittelstrahl 13 zunächst noch abgestellt ist, da der Beschichtungsmittelstrahl 13 nicht auf das Bauteil 9 auftreffen würde, wenn sich das Applikationsgerät 12 noch seitlich neben der Kante 10 des Bauteils 9 befindet.
Beim Passieren der Kante 10 des Bauteils 9 wird dann der Beschichtungsmittelstrahl 13 eingeschaltet, wie in 6B dargestellt ist.
Anschließend wird das Applikationsgerät 12 dann mit dem eingeschalteten Beschichtungsmittelstrahl 13 über die Oberfläche des Bauteils 9 geführt, wie in 6C dargestellt ist.
Beim Passieren der gegenüberliegenden Kante 11 des Bauteils 9 wird der Beschichtungsmittelstrahl 13 dann wieder abgestellt, wie in 6D dargestellt ist, da der Beschichtungsmittelstrahl 13 bei einem anschließenden Weiterbewegen des Applikationsgeräts 12 über die Kante 11 des Bauteils 9 hinaus nicht mehr auf die Oberfläche des Bauteils 9 auftreffen würde.
Durch dieses Ein- und Ausschalten des Beschichtungsmittelstrahls 13 lässt sich ein außerordentlich hoher Auftragswirkungsgrad nahezu ohne Overspray erreichen.
Das treffgenaue Einschalten bzw. Ausschalten des Beschichtungsmittelstrahls 13 wird hierbei ermöglicht, indem die Positionen des Applikationsgeräts 12 und des Bauteils 9 mittels eines Kamerasensors 14 erfasst werden.
Wie bereits erwähnt wurde, kann anstelle eines Kamerasensors auch ein Ultraschallsensor, ein induktiver oder kapazitiver Sensors oder eine Lasersensor verwendet werden, der sowohl fix in der Umgebung des Applikationsgeräts und des Bauteils angeordnet sein kann, aber auch mit dem Applikationsgerät mitbewegt werden kann.
7 zeigt das Betriebsverfahren der erfindungsgemäßen Applikationsanlage gemäß den verschiedenen Stadien in den 6A–6D in einem entsprechenden Flussdiagramm.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den jeweils in Bezug genommenen Ansprüchen.
Bezugszeichenliste

1: Applikationstechnik
2: Applikationsgerät
3: Lochplatte
4: Applikationsdüsen
5: Beschichtungsmittelstrahlen
6: Bauteil
7: Streifen
8: Vorgegebener Randverlauf
9: Bauteil
10: Kante
11: Kante
12: Applikationsgerät
13: Beschichtungsmittelstrahlen
14: Kamerasensor
15: nicht beschichteter Untergrund
a: Abweichung gegenüber dem vorgegebenen Randverlauf
d: Applikationsabstand
L_ZERFALL: Zerfallslänge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010019612 A1 [0002, 0006, 0048]
EP 1745858 A2 [0025]

Claims

Applikationsverfahren zur Applikation eines Beschichtungsmittels, insbesondere eines Lackes, eines Dichtstoffes, eines Trennmittels, einer Funktionsschicht oder ein Klebstoffes, auf ein Bauteil (6; 9), insbesondere auf ein Kraftfahrzeugkarosseriebauteil, mit den folgenden Schritten: a) Abgabe eines Beschichtungsmittelstrahls (5; 13) aus einem Applikationsgerät (2; 12), a1) wobei der Beschichtungsmittelstrahl (5; 13) nach dem Austreten aus dem Applikationsgerät (2; 12) bis zum Erreichen einer Zerfallslänge (L_ZERFALL) zunächst einen in Strahlrichtung zusammenhängenden Bereich aufweist, a2) woraufhin der Beschichtungsmittelstrahl (5; 13) nach der Zerfallslänge (L_ZERFALL) nach dem Austreten aus dem Applikationsgerät (2; 12) in Tröpfchen zerfällt, die in der Strahlrichtung voneinander getrennt sind, b) Positionieren des Applikationsgeräts (2; 12) relativ zu dem Bauteil (6; 9) mit einem bestimmten Applikationsabstand (d) zwischen dem Applikationsgerät (2; 12) und dem Bauteil (6; 9), so dass der Beschichtungsmittelstrahl (5; 13) auf das Bauteil (6; 9) auftrifft und das Bauteil (6; 9) beschichtet, dadurch gekennzeichnet, c) dass der Applikationsabstand (d) kleiner ist als die Zerfallslänge (L_ZERFALL) des Beschichtungsmittelstrahls (5; 13), so dass der Beschichtungsmittelstrahl (5; 13) mit seinem zusammenhängenden Bereich auf das Bauteil (6; 9) auftrifft.
Applikationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Beschichtungsmittelstrahl (5; 13) auf dem Bauteil (6; 9) ein Muster appliziert, insbesondere einen Streifen, und b) dass das Muster randscharf ist mit maximalen Abweichungen (a) von einem vorgegebenen Randverlauf von höchstens 3 mm, 1 mm, 0,5 mm, 0,2 mm oder höchstens 0,1 mm und ohne Beschichtungsmittelspritzer außerhalb des Musters.
Applikationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Beschichtungsmittelstrahl (5; 13) zur Erzeugung des Musters mehrfach über das Bauteil (6; 9) gefahren wird, wobei jeweils eine Beschichtungsmittelbahn appliziert wird, und b) dass die benachbarten Beschichtungsmittelbahnen nach dem Auftragen ineinander verlaufen und dann einen einheitlichen Streifen bilden, oder c) dass die benachbarten Beschichtungsmittelbahnen nach dem Auftragen nicht ineinander verlaufen und dann zwei oder mehrere getrennte Streifen bilden.
Applikationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Muster einen Streifen des Beschichtungsmittels aufweist, und/oder b) dass der Streifen eine Breite von mindestens 100 μm, 200 μm, 400 μm, 1 mm, 2 mm, 5 mm, 1 cm, 2 cm, 5 cm, 10 cm oder 1 m aufweist, und/oder c) dass der Streifen eine Breite von höchstens 1 m, 10 cm, 5 cm, 2 cm, 1 cm, 5 mm, 2 mm, 1 mm, 400 μm oder 200 μm aufweist.
Applikationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass von dem Applikationsgerät (2; 12) mehrere Beschichtungsmittelstrahlen (5, 13) abgegeben werden, die im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind, und/oder b) dass der Abstand zwischen den unmittelbar benachbarten Beschichtungsmittelstrahlen (5, 13) so groß ist, dass sich die benachbarten Beschichtungsmittelstrahlen (5, 13) zwischen dem Applikationsgerät (2; 12) und dem Bauteil (6; 9) nicht vereinen, und/oder c) dass zur Abgabe der Beschichtungsmittelstrahlen (5, 13) mehrere Applikationsdüsen (4) mit einem bestimmten Düseninnendurchmesser und einem bestimmten Düsenabstand vorgesehen sind, wobei der Düsenabstand mindestens gleich dem Dreifachen, Vierfachen oder Sechsfachen des Düseninnendurchmessers ist.
Applikationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Applikationsgerät (2; 12) mehrere Applikationsdüsen (4) aufweist, von denen mindestens einige unabhängig voneinander gesteuert werden, und/oder b) dass bei den unabhängig voneinander steuerbaren Applikationsdüsen (4) mindestens eine der folgenden Betriebsgrößen unabhängig steuerbar ist: b1) Austrittsgeschwindigkeit des Beschichtungsmittels aus den Applikationsdüsen (4), b2) Art des Beschichtungsmittels, b3) Volumenstrom des Beschichtungsmittels durch die Applikationsdüsen (4).
Applikationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationsgerät (2; 12) während der Applikation des Beschichtungsmittels relativ zu dem Bauteil (6; 9) bewegt wird.
Applikationsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Applikationsgerät (2; 12) ortsfest angeordnet ist, während das Bauteil (6; 9) bewegt wird, und/oder b) dass das Bauteil (6; 9) während der Applikation des Beschichtungsmittels mit einer Geschwindigkeit von mindestens 10 cm/s, 50 cm/s, 1 m/s, 1,5 m/s bewegt wird, und/oder c) dass das Bauteil (6; 9) während der Applikation des Beschichtungsmittels mit einer Geschwindigkeit von höchstens 10 m/s, 5 m/s oder 1 m/s bewegt wird.
Applikationsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Bauteil (6; 9) ortsfest angeordnet ist, während das Applikationsgerät (2; 12) bewegt wird, und/oder b) dass das Applikationsgerät (2; 12) während der Applikation des Beschichtungsmittels mit einer Geschwindigkeit von mindestens 10 cm/s, 20 cm/s, 30 cm/s, 50 cm/s, 1 m/s oder 2 m/s bewegt wird, und/oder c) dass das Applikationsgerät (2; 12) während der Applikation des Beschichtungsmittels mit einer Geschwindigkeit von höchstens 250 cm/s, 700 mm/s, 500 mm/s oder 100 mm/s bewegt wird.
Applikationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Applikationsgerät (2; 12) relativ zu dem Bauteil (6; 9) über die Bauteiloberfläche bewegt wird, so dass der Beschichtungsmittelstrahl (5; 13) mit seinem Auftreffpunkt auf der Bauteiloberfläche eine Bahn abfährt, und b) dass der Beschichtungsmittelstrahl (5; 13) während des Abfahrens der Bahn auf der Bauteiloberfläche ausgeschaltet und wieder eingeschaltet wird, und/oder c) dass der Beschichtungsmittelstrahl (5; 13) so langsam über die Bauteiloberfläche bewegt wird und so schnell angeschaltet und abgeschaltet wird, dass auf dem Bauteil (6; 9) eine Ortsauflösung von feiner als 5 mm, 2 mm oder 1 mm erreicht wird.
Applikationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte; a) Heranfahren des Applikationsgeräts (2; 12) an eine Kante (10) des zu beschichtenden Bauteils (6; 9) bei abgeschaltetem Beschichtungsmittelstrahl (5; 13), insbesondere in seitlicher Richtung in Bezug auf die zu beschichtende Bauteiloberfläche, b) Einschalten des Beschichtungsmittelstrahls (5; 13), wenn sich das Applikationsgerät (2; 12) über dem Bauteil (6; 9) befindet, c) Bewegen des Applikationsgeräts (2; 12) über das zu beschichtende Bauteil (6; 9) entlang der zu beschichtenden Bauteiloberfläche, d) Abschalten des Beschichtungsmittelstrahls (5; 13), wenn sich das Applikationsgerät (2; 12) nicht mehr über der zu beschichtenden Bauteiloberfläche befindet.
Applikationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Erfassen der räumlichen Position des zu beschichtenden Bauteils (6; 9), und/oder b) Erfassen der räumlichen Position des Applikationsgeräts (2; 12), und/oder c) Einschalten des Beschichtungsmittelstrahls (5; 13) in Abhängigkeit von der erfassten Position des Bauteils (6; 9) und/oder des Applikationsgeräts (2; 12), und/oder d) Abschalten des Beschichtungsmittelstrahls (5; 13) in Abhängigkeit von der erfassten Position des Bauteils (6; 9) und/oder des Applikationsgeräts (2; 12).
Applikationsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Position erfasst wird mittels a) einer Kamera (14), b) eines Ultraschallsensors, c) eines induktiven Sensors, d) eines kapazitiven Sensors, e) eines Lasersensors, und/oder f) einer Robotersteuerung, aus der die Position ausgelesen wird.
Applikationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Applikationsverfahren einen Auftragswirkungsgrad von mindestens 80%, 90%, 95% oder 99% aufweist, so dass im Wesentlichen das gesamte applizierte Beschichtungsmittel vollständig auf dem Bauteil (6; 9) abgelagert wird, ohne dass Overspray entsteht, und/oder b) dass das Applikationsverfahren eine Flächenbeschichtungsleistung von mindestens 0,5 m²/min, 1 m²/min oder mindestens 3 m²/min aufweist, und/oder c) dass der Volumenstrom des applizierten Beschichtungsmittels und damit die Austrittsgeschwindigkeit des Beschichtungsmittels so eingestellt wird, dass das Beschichtungsmittel nach dem Auftreffen auf das Bauteil (6; 9) nicht von dem Bauteil (6; 9) abprallt, und/oder d) dass die Austrittsgeschwindigkeit des Beschichtungsmittels aus dem Applikationsgerät (2; 12) mindestens 5 m/s, 7 m/s oder 10 m/s beträgt, und/oder e) dass die Austrittsgeschwindigkeit des Beschichtungsmittels aus dem Applikationsgerät (2; 12) höchstens 30 m/s, 20 m/s oder 10 m/s beträgt, und/oder f) dass der Applikationsabstand (d) mindestens 4 mm, 10 mm oder 40 mm und/oder beträgt, und/oder g) dass der Applikationsabstand (d) höchstens 200 mm oder 100 mm beträgt, und/oder h) dass das Applikationsgerät (2; 12) mittels einer Maschine, insbesondere eines mehrachsigen Roboters bewegt wird, und/oder i) dass das Beschichtungsmittel ein Lack ist, insbesondere ein Basislack, ein Klarlack, ein Effektlack ein Mica-Lack oder ein Metallic-Lack, und/oder j) dass das Beschichtungsmittel ein Wasserlack oder ein Lösemittellack ist, und/oder k) dass der Beschichtungsmittelstrahl (5; 13) mit einer Umschaltdauer von weniger als 50 ms, 20 ms, 10 ms, 5 ms oder 1 ms eingeschaltet oder ausgeschaltet wird.
Applikationsanlage zur Applikation eines Beschichtungsmittels, insbesondere eines Lacks, eines Dichtstoffs, eines Trennmittels oder ein Klebstoffs, auf ein Bauteil (6; 9), insbesondere auf ein Kraftfahrzeugkarosseriebauteil, mit a) einem Applikationsgerät (2; 12) zur Abgabe eines Beschichtungsmittelstrahls (5; 13), a1) wobei der Beschichtungsmittelstrahl (5; 13) nach dem Austreten aus dem Applikationsgerät (2; 12) bis zum Erreichen einer Zerfallslänge (L_ZERFALL) zunächst einen in Strahlrichtung zusammenhängenden Bereich aufweist, a2) woraufhin der Beschichtungsmittelstrahl (5; 13) nach der Zerfallslänge (L_ZERFALL) nach dem Austreten aus dem Applikationsgerät (2; 12) in Tröpfchen zerfällt, die in der Strahlrichtung voneinander getrennt sind, und b) einer Positioniereinrichtung zum Positionieren des Applikationsgeräts (2; 12) relativ zu dem Bauteil (6; 9) mit einem bestimmten Applikationsabstand (d) zwischen dem Applikationsgerät (2; 12) und dem Bauteil (6; 9), so dass der Beschichtungsmittelstrahl (5; 13) auf das Bauteil (6; 9) auftrifft und das Bauteil (6; 9) beschichtet, dadurch gekennzeichnet, c) dass die Positioniereinrichtung das Applikationsgerät (2; 12) relativ zu dem Bauteil (6; 9) so positioniert, dass der Applikationsabstand (d) kleiner ist als die Zerfallslänge (L_ZERFALL) des Beschichtungsmittelstrahls (5; 13), so dass der Beschichtungsmittelstrahl (5; 13) mit seinem zusammenhängenden Bereich auf das Bauteil (6; 9) auftrifft.
Applikationsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Applikationsgerät (2; 12) eine Düsenplatte aufweist, in der mehrere Applikationsdüsen angeordnet sind, und/oder b) dass das Applikationsgerät (2; 12) mehrere Applikationsdüsen aufweist, die jeweils einen Beschichtungsmittelstrahl (5; 13) abgeben, wobei die Beschichtungsmittelstrahlen (5, 13) auf dem Bauteil (6; 9) gemeinsam einen Streifen erzeugen, und/oder c) dass der Streifen eine Breite von mindestens 100 μm, 200 μm, 400 μm, 1 mm, 2 mm, 5 mm, 1 cm, 2 cm, 5 cm, 10 cm oder 1 m aufweist, und/oder d) dass der Streifen eine Breite von höchstens 1 m, 10 cm, 5 cm, 2 cm, 1 cm, 5 mm, 2 mm, 1 mm, 400 μm oder 200 μm aufweist.
Applikationsgerät (2; 12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Applikationsgerät (2; 12) mehrere Beschichtungsmittelstrahlen (5, 13) abgibt, die im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind, und/oder b) dass der Abstand zwischen den unmittelbar benachbarten Beschichtungsmittelstrahlen (5, 13) so groß ist, dass sich die benachbarten Beschichtungsmittelstrahlen (5, 13) zwischen dem Applikationsgerät (2; 12) und dem Bauteil (6; 9) nicht vereinen, und/oder c) dass das Applikationsgerät (2; 12) zur Abgabe der Beschichtungsmittelstrahlen (5, 13) mehrere Applikationsdüsen mit einem bestimmten Düseninnendurchmesser und einem bestimmten Düsenabstand aufweist, wobei der Düsenabstand mindestens gleich dem Dreifachen, Vierfachen oder Sechsfachen des Düseninnendurchmessers ist.