DE102016014951A1

DE102016014951A1 - Beschichtungseinrichtung und zugehöriges Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE102016014951A1
Application number: DE102016014951.5A
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Fritz; Benjamin Wöhr; Marcus Kleiner; Moritz Bubek; Timo Beyl; Frank Herre; Steffen Sotzny
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2018-06-14
Also published as: JP2020513311A; EP3689474B1; ES2797918T3; WO2018108563A1; US20190308211A1; CN110072633B; EP3523053A1; EP3523053B1; PL3523053T3; HUE050094T2; JP7044783B2; MX2019006970A; US11167302B2; CN110072633A; EP3689474A1; ES2877508T3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungseinrichtung zur Beschichtung von Bauteilen mit einem Beschichtungsmittel, insbesondere zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen, mit einem Düsenapplikator (1), insbesondere einem Druckkopf, mit mindestens einer Düse zur Abgabe eines Beschichtungsmittelstrahls (13-19) des Beschichtungsmittels auf das zu beschichtende Bauteil. Die Erfindung sieht eine Einrichtung zum Verhindern und/oder Erkennen eines Zusetzens der Düse vor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungseinrichtung zur Beschichtung von Bauteilen mit einem Beschichtungsmittel, insbesondere zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein zugehöriges Betriebsverfahren für eine solche Beschichtungseinrichtung.
Zur Serienlackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen werden als Applikationsgerät üblicherweise Rotationszerstäuber eingesetzt, die jedoch den Nachteil eines beschränkten Auftragswirkungsgrades haben, d.h. nur ein Teil des applizierten Lacks lagert sich auf den zu beschichtenden Bauteilen ab, während der Rest des applizierten Lacks als sogenannter Overspray entsorgt werden muss.
Eine neuere Entwicklungslinie sieht dagegen als Applikationsgerät sogenannte Druckköpfe vor, wie sie beispielsweise aus DE 10 2013 002 412 A1 , US 9 108 424 B2 und DE 10 2010 019 612 A1 bekannt sind. Derartige Druckköpfe geben im Gegensatz zu den bekannten Rotationszerstäubern keinen Sprühnebel des zu applizierenden Lacks ab, sondern einen räumlich eng begrenzten Lackstrahl, der sich nahezu vollständig auf dem zu lackierenden Bauteil niederschlägt, so dass nahezu kein Overspray entsteht.
Derartige Druckköpfe haben jedoch in der Regel Düsen mit einem sehr kleinen Düsendurchmesser von weniger als 500pm oder sogar weniger als 100pm. Derartig kleine Düsen können jedoch im Betrieb leicht zusetzen oder gar vollständig verstopfen.
Beispielsweise können sich zunächst einzelne Lackpartikel in der Düse ablagern, die zunächst nur den ansonsten laminaren Beschichtungsmittelstrom negativ beeinflussen, indem beispielsweise Turbulenzen verursacht werden. Bei einer weiteren Ablagerung von Lackpartikeln kann es dann zu einem vollständigen Zusetzen der Düse kommen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für das Problem des vollständigen oder teilweisen Zusetzens der Düsen bei einem Düsenapplikator (z.B. Druckkopf) zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung gemäß dem Hauptanspruch bzw. durch ein entsprechendes Betriebsverfahren gemäß dem Nebenanspruch gelöst.
Die erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung dient zur Beschichtung von Bauteilen mit einem Beschichtungsmittel, insbesondere zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen.
Bei den zu beschichtenden Bauteilen muss es sich also nicht notwendigerweise um Kraftfahrzeugkarosseriebauteile handeln. Vielmehr kann die erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung auch zur Beschichtung von anderen Typen von Bauteilen dienen.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass es sich bei dem Beschichtungsmittel vorzugsweise um einen Lack handelt, wie beispielsweise einen Basislack, einen Klarlack, einen Wasserlack oder einen lösemittelbasierten Lack. Im Rahmen der Erfindung kann die Beschichtungseinrichtung jedoch auch zur Applikation anderer Beschichtungsmittel ausgelegt sein, wie beispielsweise zur Applikation von Klebstoffen, Dämmstoffen, Dichtstoffen, Primer, etc.
Die erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung weist zunächst in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik einen Düsenapplikator auf, wie beispielsweise einen Druckkopf, wie er eingangs erwähnt wurde und in DE 10 2013 002 412 A1 , US 9 108 424 B2 und DE 10 2010 019 612 A1 beschrieben ist, so dass auf eine detaillierte Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise derartiger Druckköpfe verzichtet werden kann.
Die erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung zeichnet sich durch eine zusätzliche Einrichtung zum Verhindern und/oder Erkennen eines Zusetzens der Düse aus. Ein Erfindungsaspekt stellt also darauf ab, dass das Zusetzen der Düse verhindert wird. Ein anderer Erfindungsaspekt stellt dagegen darauf ab, dass ein Zusetzen der Düse mit einer resultierenden Verschlechterung der Beschichtungsqualität erkannt wird, um ggf. Gegenmaßnahmen ergreifen zu können.
Das Zusetzen der Düse kann im Rahmen der Erfindung beispielsweise durch einen Filter verhindert werden, der stromaufwärts vor der Düse angeordnet ist und das Beschichtungsmittel filtert, damit beispielsweise feste Beschichtungsmittelpartikel ausgefiltert werden, da diese zu einem Zusetzen der Düse führen könnten.
Hierbei ist zu erwähnen, dass der Filter vorzugsweise eine bestimmte Filtermaschenweite aufweist, die vorzugsweise an die Düsengröße der Düsenöffnung der Düse angepasst ist. Beispielsweise kann das Verhältnis der Filtermaschenweite zu der Düsengröße im Bereich von 0,01-5 liegen, wobei beliebige Zwischenintervalle möglich sind. Bevorzugte Werte für das Verhältnis der Filtermaschenweite zu der Düsengröße sind beispielsweise 0,075, 0,1, 0,15, 0,66, 1,0 und 2,0.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dieser Filter mit einem Spülmittel spülbar, um ausgefilterte Beschichtungsmittelreste wieder aus dem Filter ausspülen zu können. Hierzu wird der Filter mit einem Spülmittel durchströmt. Das Spülmittel kann hierbei wahlweise entgegen der normalen Strömungsrichtung oder in der normalen Strömungsrichtung durch den Filter durchgeleitet werden. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, dass das Spülmittel bei einem Spülvorgang abwechselnd entgegen der normalen Strömungsrichtung und in der normalen Strömungsrichtung durch den Filter geleitet wird, um eine möglichst gute Spülwirkung zu erreichen. Die Beschichtungseinrichtung weist deshalb vorzugsweise einen Spülmittelanschluss auf, um das Spülmittel zuzuführen. Darüber hinaus weist die Beschichtungseinrichtung vorzugsweise einen Rückführanschluss auf, um ein Gemisch aus Beschichtungsmittelresten und Spülmittel in eine Rückführung zurückzuführen. Ferner kann die Beschichtungseinrichtung eine Spülventilanordnung aufweisen, die einerseits mit dem Spülmittelanschluss und dem Rückführanschluss und andererseits mit zwei entsprechenden Anschlüssen des Filters verbunden ist. Die Spülventilanordnung ermöglicht hierbei vorzugsweise eine bidirektionale Durchspülung des Filters mit dem Spülmittel, d.h. wahlweise entgegen der normalen Strömungsrichtung oder in der normalen Strömungsrichtung.
Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass der Filter ein Doppelfilter ist und zwei Einzelfilter aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind. Das Beschichtungsmittel kann dann mittels einer Auswahlventilanordnung wahlweise in den einen Einzelfilter oder in den anderen Einzelfilter geleitet werden. Darüber hinaus leitet die Auswahlventilanordnung das Spülmittel wahlweise in den einen Einzelfilter oder in den anderen Einzelfilter. Dies bietet die Möglichkeit, dass der eine Einzelfilter von Beschichtungsmittel durchströmt wird, während der andere Einzelfilter gespült wird. Ein derartiger Betrieb kann auch als A/B-Betrieb bezeichnet werden, wie es auf dem Gebiet der Lackiertechnik von sogenannten A/B-Ventilen bekannt ist. Auf diese Weise führen die notwendigen Spülvorgänge nicht zu einer Unterbrechung des normalen Beschichtungsbetriebs, da während der Spülung des einen Einzelfilters immer noch der andere Einzelfilter zur Filterung des Beschichtungsmittels zur Verfügung steht.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung vorzugsweise eine Dosierpumpe aufweist, die das Beschichtungsmittel zu dem Düsenapplikator fördert. Der Filter kann hierbei wahlweise zwischen der Dosierpumpe und dem Düsenapplikator oder stromaufwärts vor der Dosierpumpe angeordnet sein.
Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Farbwechsler, der aus mehreren Beschichtungsmittelzuleitungen ein gewünschtes Beschichtungsmittel auswählt und an den Düsenapplikator weiterleitet. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass in den einzelnen Beschichtungsmittelzuleitungen jeweils stromaufwärts vor dem Farbwechsler jeweils ein Filter angeordnet ist, um das zugeführte Beschichtungsmittel zu filtern. Die einzelnen Filter an den Eingängen des Farbwechslers können dann an das jeweilige Beschichtungsmittel individuell angepasst werden.
Ferner ist zu erwähnen, dass der Filter vorzugsweise Innenkonturen aufweist, die hinterschneidungsfrei sind. Darüber hinaus weisen die Innenflächen des Filters in den durchströmten Bereichen vorzugsweise eine sehr geringe Rauzahl Rz<10, Rz<8, Rz<7, Rz<6,3, Rz<5 oder sogar Rz<4 auf.
Es wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass ein zweiter Erfindungsaspekt nicht auf das Verhindern des Zusetzens der Düse abzielt, sondern eine Erkennung des Zusetzens einer Düse zum Ziel hat. Dieser Erfindungsaspekt sieht deshalb vorzugsweise eine Sensoranordnung vor, um eine fehlerfreie Strahlabgabe von einer fehlerhaften Strahlabgabe unterscheiden zu können.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Sensoranordnung einen Bildsensor auf, wie beispielsweise eine Kamera. Der Bildsensor erfasst ein Bild mindestens eines Beschichtungsmittelstrahls oder mehrerer Beschichtungsmittelstrahlen, die von dem Düsenapplikator abgegeben werden. Hierbei ist die Sichtachse des Bildsensors (z.B. Kamera) vorzugsweise orthogonal zu den Beschichtungsmittelstrahlen und parallel zu der Ebene der Beschichtungsmittelstrahlen ausgerichtet, d.h. der Bildsensor betrachtet die Beschichtungsmittelstrahlen von vorne. Es ist aber auch möglich, dass die Sichtachse quer zu der Ebene der Beschichtungsmittelstrahlen ausgerichtet ist, d.h. der Bildsensor betrachtet die Beschichtungsmittelstrahlen von der Seite. In einer besonderen Ausführung können beide Ansichten nacheinander oder mittels zweier Sensoren erfasst werden. Darüber hinaus weist die Sensoranordnung in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise eine Bildauswertungseinheit auf, die das von dem Bildsensor erfasste Bild der Beschichtungsmittelstrahlen auswertet und darin Fehlerfälle erkennt, wie beispielsweise einen fehlenden Beschichtungsmittelstrahl aufgrund des Zusetzens einer Düse.
Die Bilderfassung kann hierbei durch eine Beleuchtungseinrichtung verbessert werden, die in der Sichtachse des Bildsensors auf der gegenüberliegenden Seite der Beschichtungsmittelstrahlen angeordnet ist.
Die Bildauswertungseinheit kann vorzugsweise folgende Fehlerfälle erkennen und unterscheiden:

- einen schiefen Beschichtungsmittelstrahl, der aufgrund eines teilweisen Zusetzens einer Düse schräg zur Düsenachse austritt,
- einen instabilen Beschichtungsmittelstrahl, der vorzeitig in Beschichtungsmitteltröpfchen zerfällt,
- einen Beschichtungsmittelstrahl mit einer zu geringen Beschichtungsmittelmenge,
- einen gestörten Beschichtungsmittelstrahl, und/oder einen fehlenden Beschichtungsmittelstrahl aufgrund eines vollständigen Zusetzens der Düse.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Sensoranordnung dagegen einen kapazitiven Sensor auf, der mehrere Beschichtungsmittelstrahlen gemeinsam vermisst.
Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der kapazitive Sensor lediglich einen einzigen Beschichtungsmittelstrahl kapazitiv vermisst, wobei dann vorzugsweise für jede Düse jeweils ein kapazitiver Sensor vorgesehen ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Sensoranordnung eine Lichtschranke auf, wobei der Beschichtungsmittelstrahl aus der Düse die Lichtschranke passiert und von der Lichtschranke vermessen wird. Hierbei ist vorzugsweise jeder Düse jeweils eine Lichtschranke zugeordnet, die von dem jeweiligen Beschichtungsmittelstrahl passiert wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung strömt das Beschichtungsmittel durch einen Beschichtungsmittelkanal und wird in dem Beschichtungsmittelkanal von einem kapazitiven Sensor oder von einem resistiven Sensor (Widerstandssensor) vermessen, um daraus auf Fehlerfälle (z.B. zu geringer Mengenstrom) zu schließen.
Allgemein ist zu erwähnen, dass der Druckkopf vorzugsweise einen eng begrenzten Beschichtungsmittelstrahl abgibt im Gegensatz zu einem Sprühnebel, wie es bei herkömmlichen Zerstäubern (z.B. Rotationszerstäuber) der Fall ist.
Der Druckkopf kann beispielsweise einen Tröpfchenstrahl abgeben im Gegensatz zu einem in Strahllängsrichtung zusammenhängenden Beschichtungsmittelstrahl.
Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der Druckkopf einen in Strahllängsrichtung zusammenhängenden Beschichtungsmittelstrahl abgibt im Gegensatz zu einem Tröpfchenstrahl.
Vorzugsweise hat der Druckkopf einen sehr hohen Auftragswirkungsgrad von mindestens 80%, 90%, 95% oder sogar 99%, so dass im Wesentlichen das gesamte applizierte Beschichtungsmittel vollständig auf dem Bauteil abgelagert wird, ohne dass störender Overspray entsteht.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass der Druckkopf vorzugsweise eine hohe Flächenbeschichtungsleistung aufweist, die vorzugsweise so groß ist, dass der Druckkopf zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen geeignet ist. Die Flächenbeschichtungsleistung des Düsenapplikators ist deshalb vorzugsweise größer als 0,5m²/min, 1m²/min oder sogar 3m²/min.
Der Düsenapplikator wird vorzugsweise mittels eines Manipulators bewegt, wobei es sich vorzugsweise um einen mehrachsigen Lackierroboter mit einer seriellen Roboterkinematik und mindestens sechs beweglichen Roboterachsen handelt.
Die Steuerung der Beschichtungsmittelabgabe in dem Düsenapplikator erfolgt vorzugsweise durch Steuerventile mit einem ansteuerbaren Aktor, wie beispielsweise einem Magnetaktor oder einem Piezoaktor.
Ferner ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur Schutz beansprucht für den vorstehend beschriebenen Düsenapplikator mit der Einrichtung zum Verhindern bzw. Erkennen des Zusetzens einer Düse. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für eine komplette Lackieranlage, beispielsweise zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen.
Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch ein entsprechendes Betriebsverfahren, wobei sich die Verfahrensschritte des Betriebsverfahrens bereits aus der vorstehenden Beschreibung ergeben und deshalb nicht separat beschrieben werden müssen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird der Düsenapplikator mit geöffneten Düsen über eine Testfläche (z.B. Vlies, Glasplatte) bewegt, wobei der Düsenapplikator Beschichtungsmittelstrahlen auf die Testfläche appliziert und dadurch ein Spritzbild auf der Testfläche erzeugt. Anhand des Spritzbildes kann dann ermittelt werden, ob die Düsen teilweise oder vollständig zugesetzt sind. Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren sieht deshalb in dieser Variante vor, dass das Spritzbild auf der Testfläche ausgewertet wird, beispielsweise mit einer Kamera und einer Bildauswertungseinheit.
Nach der Erkennung einer Abweichung können beispielsweise folgende Aktionen ausgelöst werden:

- Fehlermeldung,
- Rückspülen von Applikator bzw. Düsenplatte Rückspülen (d.h. von außen nach innen),
- Düsenreinigen (von außen und von innen nach außen),
- Applikator-Wechsel (komplett ersetzen).

Hinsichtlich der Häufigkeit des vorstehend erwähnten Tests bestehen beispielsweise folgenden Möglichkeiten:

- Durchführung des Tests vor jeder Karosse,
- Durchführung des Tests in vorbestimmten Zeitintervallen,
- Durchführung des Tests in vorbestimmten Zeitintervallen, in denen nicht appliziert wird,
- Durchführung des Tests nach jedem Farbwechsel,
- Durchführung des Tests jeweils zu Produktionsbeginn,
- Durchführung des Tests jeweils zum Schichtbeginn,
- Durchführung des Tests jeweils am Schichtende,
- Durchführung des Tests jeweils zum Produktionsende,
- Durchführung des Tests jeweils nach Störungen,

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 erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung mit einem Düsenapplikator und einem Filter zum Verhindern des Zusetzens der Düsen des Düsenapplikators,
2 eine Abwandlung von 1 mit zwei wahlweise durchströmbaren Filtern,
3 eine Abwandlung von 3 mit einem Farbwechsler und zahlreichen Filtern in den Zuleitungen des Farbwechslers,
4A eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung mit einer Kamera basierten Einrichtung zum Erkennen des Zusetzens der Düsen des Düsenapplikators,
4B eine Abwandlung von 4A,
5 eine Abwandlung von 4A bzw. 4B mit mehreren Lichtschranken zur Vermessung der Beschichtungsmittelstrahlen,
6 eine Abwandlung von 5 mit einem kapazitiven Sensor, der sämtliche Beschichtungsmittelstrahlen gemeinsam vermisst,
7 eine Abwandlung von 6 mit einem kapazitiven Sensor, der den Beschichtungsmittelstrom in einem Beschichtungsmittel führenden Kanal vermisst.

1 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung mit einem Düsenapplikator 1 als Applikationsgerät, wobei es sich beispielsweise um einen Druckkopf handeln kann, der räumlich eng begrenzte Beschichtungsmittelstrahlen anstelle eines Sprühnebels abgibt, wie es bei herkömmlichen Zerstäubern (z.B. Rotationszerstäubern) der Fall ist.
Der Düsenapplikator 1 wird eingangsseitig über ein Filter 2, eine Dosierpumpe 3 und einen Farbwechsler 4 mit dem zu applizierenden Lack versorgt. Hierzu ist der Farbwechsler 4 eingangsseitig an mehrere Beschichtungsmittelzuleitungen F1-F6 angeschlossen, über die verschiedenfarbige Lacke zugeführt werden können.
Darüber hinaus ist der Farbwechsler 4 eingangsseitig an eine Pulsluftleitung PL und an eine Verdünnerleitung V angeschlossen, über die Pulsluft bzw. Spülmittel (Verdünner) zum Spülen des Düsenapplikators 1, des Filters 2 und der Dosierpumpe 3 zugeführt werden können.
Ferner weist die Beschichtungseinrichtung ein Rückführventil 5 auf, über das ausgespülte Beschichtungsmittelreste und Spülmittel in eine Rückführung R geleitet werden können.
Hierbei ist zu erwähnen, dass der Düsenapplikator 1 zahlreiche Düsen mit einem sehr kleinen Düsendurchmesser aufweist, so dass die Gefahr eines Zusetzens der Düsen des Düsenapplikators 1 besteht. Der Filter 2 verringert diese Gefahr des Zusetzens der Düsen, da der Filter 2 Beschichtungsmittelbestandteile ausfiltert, die zu einem Zusetzen der Düsen führen können.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass der Filter 2 gespült werden kann, um die ausgefilterten Beschichtungsmittelbestandteile wieder aus dem Filter 2 ausspülen zu können. Hierzu weist die Beschichtungseinrichtung eine Spülventilanordnung 6 auf, die eingangsseitig an die Spülmittelzuleitung V und an die Rückführung R angeschlossen ist. Darüber hinaus ist die Spülventilanordnung 6 an einen stromaufwärtigen und an einen stromabseitigen Spülanschluss des Filters 2 angeschlossen. Die Spülventilanordnung 6 kann deshalb Spülmittel wahlweise in der normalen Strömungsrichtung oder entgegen der normalen Strömungsrichtung durch den Filter 2 leiten, um darin befindliche Beschichtungsmittelreste aus dem Filter 2 auszuspülen.
2 zeigt eine Abwandlung von 1, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass zwei Einzelfilter 2.1, 2.2 vorgesehen sind, die parallel zueinander geschaltet sind. Stromaufwärts und stromabwärts hinter den beiden Einzelfiltern 2.1, 2.2 ist jeweils eine Auswahlventilanordnung 7 bzw. 8 angeordnet, die mit den beiden Einzelfiltern 2.1, 2.2 verbunden ist.
Die stromaufwärtige Auswahlventilanordnung 7 kann Beschichtungsmittel und Spülmittel wahlweise dem Einzelfilter 2.1 oder dem Einzelfilter 2.2 zuführen.
Die stromabwärtige Auswahlventilanordnung 8 kann dagegen aus dem einen Einzelfilter 2.1 oder 2.2 Beschichtungsmittel aufnehmen und dem Düsenapplikator 1 zuführen und aus dem jeweils anderen Einzelfilter 2.2 bzw. 2.1 Spülmittel und Beschichtungsmittelreste aufnehmen und in die Rückführung R leiten.
Auf diese Weise ist ein sogenannter A/B-Betrieb möglich, in dem immer einer der beiden Einzelfilter 2.1 bzw. 2.2 von Beschichtungsmittel durchströmt wird, während der jeweils andere Einzelfilter 2.2 bzw. 2.1 mit Spülmittel gespült wird.
3 zeigt eine weitere Abwandlung, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass in jeder der Beschichtungsmittelzuleitungen F1-F6 jeweils ein Filter 2.1-2.6 angeordnet ist. Dies bietet die Möglichkeit, dass die Filtercharakteristiken und Filtereigenschaften der einzelnen Filter 2.1-2.4 an die Eigenschaften des jeweiligen Beschichtungsmittels individuell angepasst werden können.
Im Folgenden wird nun das Ausführungsbeispiel gemäß 4A beschrieben, das auf einen zweiten Erfindungsaspekt abstellt, in dem das Zusetzen der Düsen des Düsenapplikators 1 erkannt wird, damit dann ggf. Gegenmaßnahmen ergriffen werden können.
Hierzu weist die Beschichtungseinrichtung zunächst eine Kamera 9 auf, die seitlich neben dem Düsenapplikator 1 angeordnet und mit ihrer Sichtachse im Wesentlichen rechtwinklig zu der Ebene der Beschichtungsmittelstrahlen ausgerichtet ist. Die Kamera 9 betrachtet die Beschichtungsmittelstrahlen des Düsenapplikators 1 also von der Seite.
Zur Verbesserung der Bilderfassung ist auf der gegenüberliegenden Seite der Beschichtungsmittelstrahlen eine Beleuchtungseinrichtung 10 angeordnet.
Die Kamera 9 ist ausgangsseitig mit einer Bildauswertungseinheit 11 verbunden, die das von der Kamera 9 erfasste Bild der Beschichtungsmittelstrahlen auswertet, um Fehler zu erkennen.
So zeigt die Zeichnung im unteren Bereich eine exemplarische, vereinfachte Darstellung eines erfassten Bildes 12 mit mehreren Beschichtungsmittelstrahlen 13-19.
Die Beschichtungsmittelstrahlen 13-15 sind hierbei fehlerfrei.
Der Beschichtungsmittelstrahl 16 tritt dagegen schief aus dem Düsenapplikator 1 aus, was durch ein teilweises Zusetzen der betreffenden Düse verursacht werden kann.
Der Beschichtungsmittelstrahl 17 ist dagegen instabil.
Der Beschichtungsmittelstrahl 18 weist dagegen eine zu geringe Menge des Beschichtungsmittels auf, was durch ein teilweises Zusetzen der Beschichtungsmittelzuführung verursacht werden kann.
Schließlich ist der Beschichtungsmittelstrahl 19 gestört.
Die Bildauswertungseinheit 11 ermöglicht nun eine Erkennung und Unterscheidung der verschiedenen Typen von fehlerfreien bzw. fehlerhaften Beschichtungsmittelstrahlen 13-19.
4B zeigt eine Abwandlung von 4A, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verweisen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Sichtachse der Kamera 9 hierbei rechtwinklig zu den einzelnen Beschichtungsmittelstrahlen, aber parallel zur Ebene der Beschichtungsmittelstrahlen ausgerichtet ist.
5 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß 4A bzw. 4B, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass anstelle des kamerabasierten Bilderfassungssystems mehrere Lichtschranken 20-23 vorgesehen sind, die jeweils einen Beschichtungsmittelstrahl 24-27 vermessen und mit jeweils einer Auswertungseinheit 28-31 verbunden sind, um einen fehlenden Beschichtungsmittelstrahl erkennen zu können.
6 zeigt eine weitere Abwandlung, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen wieder auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass anstelle der Lichtschranken 20-23 ein kapazitiver Sensor mit zwei Kondensatorplatten 32, 33 eingesetzt wird, um die Beschichtungsmittelstrahlen 24-27 zu vermessen. Die Beschichtungsmittelstrahlen 24-27 verlaufen hierbei also zwischen den beiden Kondensatorplatten 32, 33, so dass der kapazitive Sensor alle Beschichtungsmittelstrahlen 24-27 gemeinsam vermisst.
Ausgangsseitig ist der kapazitive Sensor 32, 33 mit einer Auswertungseinheit 34 verbunden, die Fehlerfälle erkennen kann.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 7 stimmt teilweise mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die beiden Kondensatorplatten 32, 33 des kapazitiven Sensors an den Wänden eines Düsenkanals 35 angeordnet sind, der durch eine Düsenplatte 36 verläuft. Der kapazitive Sensor mit den beiden Kondensatorplatten 32, 33 vermisst also die Beschichtungsmittelströmung durch den Düsenkanal 35 und kann dadurch Fehlerfälle erkennen. Das Beschichtungsmittel wird hierbei durch eine Lackzuführung 37 in dem Druckkopf zugeführt.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen, 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. Die Erfindung umfasst also eine Vielzahl von Erfindungsaspekten, die unabhängig voneinander Schutz genießen.
Bezugszeichenliste

F1-F6: Beschichtungsmittelzuleitungen
PL: Pulsluftzuleitung
V: Spülmittelzuleitung
R: Rückführung
1: Düsenapplikator
2: Filter
2.1-2.6: Einzelfilter
3: Dosierpumpe
4: Farbwechsler
5: Rückführventil
6: Spülventilanordnung
7: Auswahlventilanordnung
8: Auswahlventilanordnung
9: Kamera
10: Beleuchtungseinrichtung
11: Bildauswertungseinheit
12: Bild der Beschichtungsmittelstrahlen
13-15: Fehlerfreie Beschichtungsmittelstrahlen
16: Schiefer Beschichtungsmittelstrahl
17: instabiler Beschichtungsmittelstrahl
18: Beschichtungsmittelstrahl mit zu geringer Menge
19: gestörter Beschichtungsmittelstrahl
20-23: Lichtschranken
24-27: Beschichtungsmittelstrahlen
28-31: Auswertungseinheiten
32, 33: Kondensatorplatten des kapazitiven Sensors
34: Auswertungseinheit
35: Düsenkanal
36: Düsenplatte
37: Lackzuführung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013002412 A1 [0003, 0011]
US 9108424 B2 [0003, 0011]
DE 102010019612 A1 [0003, 0011]

Claims

Beschichtungseinrichtung zur Beschichtung von Bauteilen mit einem Beschichtungsmittel, insbesondere zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen, mit a) einem Düsenapplikator (1), insbesondere einem Druckkopf, mit mindestens einer Düse zur Abgabe eines Beschichtungsmittelstrahls (13-19; 24-27) des Beschichtungsmittels auf das zu beschichtende Bauteil, gekennzeichnet durch b) eine Einrichtung zum Verhindern und/oder Erkennen eines Zusetzens der Düse.
Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Filter (2, 2.1-2.6) stromaufwärts vor der Düse zur Filterung des Beschichtungsmittels.
Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Düse eine Düsenöffnung mit einer bestimmten Düsengröße aufweist, und b) dass der Filter (2, 2.1-2.6) eine bestimmte Filtermaschenweite aufweist, und c) dass das Verhältnis der Filtermaschenweite zu der Düsengröße größer ist als 0,01, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5 oder 1, und/oder d) dass das Verhältnis der Filtermaschenweite zu der Düsengröße kleiner ist als 5, 2, 1, 0,5, 0,2 oder 0,1.
Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Beschichtungsmittel im Beschichtungsbetrieb in einer normalen Strömungsrichtung durch den Filter (2, 2.1-2.6) strömt, b) dass der Filter in der normalen Strömungsrichtung mit einem Spülmittel spülbar ist, so dass das Spülmittel den Filter (2, 2.1-2.6) in der normalen Strömungsrichtung durchströmt, und/oder c) dass der Filter (2, 2.1-2.6) entgegen der normalen Strömungsrichtung mit einem Spülmittel spülbar ist, so dass das Spülmittel den Filter (2, 2.1-2.6) entgegen der normalen Strömungsrichtung durchströmt, und/oder d) dass die Beschichtungseinrichtung einen Spülmittelanschluss (V) aufweist, um das Spülmittel zuzuführen, und/oder e) dass die Beschichtungseinrichtung einen Rückführanschluss (R) aufweist, um ein Gemisch aus Beschichtungsmittel und Spülmittel in eine Rückführung zurückzuführen, und/oder f) dass die Beschichtungseinrichtung eine Spülventilanordnung (6) aufweist, um das Spülmittel wahlweise in der normalen Strömungsrichtung oder entgegen der normalen Strömungsrichtung durch den Filter (2, 2.1-2.6) zu leiten.
Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Filter (2.1-2.2) ein Doppelfilter ist mit zwei Einzelfiltern (2.1-2.2), die parallel zueinander angeordnet sind, b) dass das Beschichtungsmittel durch eine Auswahlventilanordnung (7, 8) wahlweise in den einen Einzelfilter (2.1) oder in den anderen Einzelfilter (2.2) geleitet wird, c) dass das Spülmittel durch die Auswahlventilanordnung (7, 8) wahlweise in den einen Einzelfilter (2.1) oder in den anderen Einzelfilter (2.2) geleitet wird, und d) dass der eine Einzelfilter (2.1) von dem Spülmittel durchströmt wird, während der andere Einzelfilter (2.2) von dem Beschichtungsmittel durchströmt wird.
Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Beschichtungseinrichtung eine Dosierpumpe (3) aufweist, die das Beschichtungsmittel zu dem Düsenapplikator (1) fördert, und b) dass der Filter (2) zwischen der Dosierpumpe (3) und dem Düsenapplikator (1) angeordnet ist, oder c) dass der Filter (2.1, 2.6) stromaufwärts vor der Dosierpumpe angeordnet ist.
Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Beschichtungseinrichtung einen Farbwechsler (4) aufweist, der aus mehreren Beschichtungsmittelzuleitungen (F1-F6) ein gewünschtes Beschichtungsmittel auswählt und an den Düsenapplikator (1) weiterleitet, b) dass in den Beschichtungsmittelzuleitungen (F1-F6) stromaufwärts vor dem Farbwechsler (4) jeweils ein Filter (2.1-2.6) angeordnet ist, und/oder c) dass die Filter (2.1-2.6) am Eingang des Farbwechslers (4) vorzugsweise unterschiedlich und an das jeweilige Beschichtungsmittel angepasst sind.
Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Filter (2, 2.1-2.6) Innenkonturen aufweist, die hinterschneidungsfrei sind, und/oder b) dass der Filter (2, 2.1-2.6) Innenflächen aufweist mit einer Rauzahl Rz<10, Rz<8, Rz< 7, Rz<6,3, Rz<5 oder Rz<4.
Beschichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Sensoranordnung (9; 20-23; 33, 33) zur Unterscheidung eines fehlerfreien Strahlabgabe von einer fehlerhaften Strahlabgabe durch den Düsenapplikator (1).
Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Sensoranordnung (9, 10, 11) einen Bildsensor (9), insbesondere eine Kamera (9), aufweist, der ein Bild (12) der Beschichtungsmittelstrahlen (13-19) erfasst, insbesondere mit einer Sichtachse a1) quer zur Ebene der Beschichtungsmittelstrahlen (13-19) und quer zu den einzelnen Beschichtungsmittelstrahlen (13-19), und/oder a2) in der Ebene der Beschichtungsmittelstrahlen (13-19) und quer zu den einzelnen Beschichtungsmittelstrahlen (13-19), b) dass die Sensoranordnung (9, 10, 11) eine Bildauswertungseinheit (11) aufweist, die das von dem Bildsensor (9) erfasste Bild (12) auswertet und darin Fehlerfälle erkennt, c) dass vorzugsweise eine Beleuchtungseinrichtung (10) vorgesehen ist, die in der Sichtachse des Bildsensors (9) auf der gegenüber liegenden Seite der Beschichtungsmittelstrahlen (13-19) angeordnet ist.
Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildauswertungseinheit (11) durch die Bildauswertung folgende Fehlerfälle erkennt: a) einen schiefen Beschichtungsmittelstrahl (16), der schräg zur Düsenachse austritt, und/oder b) einen instabilen Beschichtungsmittelstrahl (17), der in Beschichtungsmitteltröpfchen zerfällt, und/oder c) einen Beschichtungsmittelstrahl (18) mit einer zu geringen Beschichtungsmittelmenge, und/oder d) einen gestörten Beschichtungsmittelstrahl (19), und/oder e) einen fehlenden Beschichtungsmittelstrahl aufgrund eines Zusetzens der Düse.
Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Sensoranordnung einen kapazitiven Sensor (32, 33) aufweist, und b) dass der kapazitive Sensor (32, 33) mehrere Beschichtungsmittelstrahlen (24-27) gemeinsam vermisst, oder c) dass jeder Düse (35) jeweils ein kapazitiver Sensor (32, 33) zugeordnet ist, der den jeweiligen Beschichtungsmittelstrahl kapazitiv vermisst.
Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Sensoranordnung eine Lichtschranke (20-23) aufweist, wobei der Beschichtungsmittelstrahl (24-27) aus der Düse die Lichtschranke (20-23) passiert, und/oder b) dass jeder Düse jeweils eine Lichtschranke (20-23) zugeordnet ist, die von dem jeweiligen Beschichtungsmittelstrahl (24-27) passiert wird.
Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, a) dass Beschichtungsmittel durch eine Beschichtungsmittelkanal (35) strömt, und b) dass ein kapazitiver oder resistiver Sensor (32, 33) die Beschichtungsmittelströmung in dem Beschichtungsmittelkanal (35) vermisst, um daraus auf Fehlerfälle zu schließen.
Beschichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Druckkopf einen eng begrenzten Beschichtungsmittelstrahl abgibt im Gegensatz zu einem Sprühnebel, und/oder b) dass der Druckkopf einen Tröpfchenstrahl abgibt im Gegensatz zu einem in Strahllängsrichtung zusammen hängenden Beschichtungsmittelstrahl, oder c) dass der Druckkopf einen in Strahllängsrichtung zusammen hängenden Beschichtungsmittelstrahl abgibt im Gegensatz zu einem Tröpfchenstrahl, und/oder d) dass der Druckkopf einen Auftragswirkungsgrad von mindestens 80%, 90%, 95% oder 99% aufweist, so dass im Wesentlichen das gesamte applizierte Beschichtungsmittel vollständig auf dem Bauteil abgelagert wird, ohne dass Overspray entsteht, und/oder e) dass der Druckkopf eine Flächenbeschichtungsleistung von mindestens 0,5 m²/min, 1m²/min, 2m²/min oder mindestens 3m²/min aufweist, und/oder f) dass der Düsenapplikator (1) mittels eines Manipulators, insbesondere mittels eines mehrachsigen Roboters bewegt wird, und/oder g) dass das Beschichtungsmittel ein Lack ist, insbesondere ein Basislack, ein Klarlack, ein Effektlack, ein Mica-Lack oder ein Metallic-Lack, und/oder h) dass das Beschichtungsmittel ein Wasserlack oder ein Lösemittellack ist, und/oder i) dass der Düsenapplikator (1) mindestens einen elektrisch ansteuerbaren Aktor aufweist, um Tropfen des Beschichtungsmittels aus dem Druckkopf auszustoßen, insbesondere einen Magnetaktor oder einen Piezoaktor, und/oder j) dass die Düse einen Düsendurchmesser von weniger als 1mm, 500µm, 250µm, 120µm oder 50µm aufweist.
Betriebsverfahren für eine Beschichtungseinrichtung mit einem Düsenapplikator (1) zur Beschichtung von Bauteilen mit einem Beschichtungsmittel, insbesondere für eine Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen, insbesondere für eine Beschichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den folgenden Schritten: a) Abgabe eines Beschichtungsmittelstrahls (13-19; 24-27) des Beschichtungsmittels durch den Düsenapplikator (1), gekennzeichnet durch folgenden Schritt: b) Erkennen und/oder Verhindern eines Zusetzens der Düse des Düsenapplikators (1).
Betriebsverfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch folgende Schritte zum Erkennen eines Zusetzens der Düsen des Düsenapplikators (1): a) Bewegen des Düsenapplikators (1) mit geöffneten Düsen über eine Testfläche, insbesondere über ein Vlies oder eine Glasplatte, wobei der Düsenapplikator (1) Beschichtungsmittelstrahlen auf die Testfläche appliziert und ein Spritzbild auf der Testfläche erzeugt, und b) Auswerten des Spritzbildes auf der Testfläche zur Erkennung eines Zusetzens der Düsen.