Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Beschichten von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstückes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Es ist allgemein bekannt, dass zum Beschichten von Werkstücken, insbesondere mit Farbe beziehungsweise Lacken, sogenannte Lackiervorrichtungen zur Anwendung kommen. Geeignete Lackiervorrichtungen sind beispielsweise Lackierroboter, welche mit einem Lackzerstäuber versehen sind. Darüber hinaus sind beispielsweise auch mehrere gegeneinander unbeweglich in Form eines Portals angeordnete Lackzerstäuber, durch welches Portal ein zu lackierendes Objekt bewegbar ist, als Lackiervorrichtung anzusehen.
Ein Lackierroboter führt den Lackzerstäuber während des Beschichtungsvorganges programmgemäß entlang eines vorgegebenen Bewegungspfades in einer vorgegebenen Geschwindigkeit um das zu beschichtende Werkstück, wobei dem Lackzerstäuber üblicherweise für die verschiedenen Abschnitte der Bewegungsbahn jeweilige Zerstäuberparameter vorgegeben sind.
Üblicherweise verfügt ein Lackierroboter über sechs Bewegungsfreiheitsgrade und ist in seinem Arbeitsbereich auf etwa einen Bereich von 2m bis 3m um seine Basis eingeschränkt. Mit einem derartigen Roboter sind beispielsweise kleinere Werkstücke wie Stossfänger von Automobilkarosserien ohne eine Relativbewegung von Roboterbasis zu Werkstück lackierbar.
Zur Lackierung größerer Werkstücke, wie beispielsweise Automobilkarosserien, ist es üblich, einen derartigen Roboter mit einem siebenten Freiheitsgrad der Bewegung zu versehen, indem dieser auf einer ihm zugeordneten Verfahrschiene befestigt wird, wobei zumeist alle sieben Bewegungsfreiheitsgrade komplett bei der Steuerung des Roboters berücksichtigt werden. Ein derartiger Roboter ist nun entlang seiner Verfahrschiene, welche im automobilen Bereich typischerweise eine Länge von 4m bis 10m aufweist, längs des zu lackierenden Objektes verfahrbar.
Insbesondere bei langgestreckten Werkstücken resultiert eine entsprechende Länge einer Verfahrschiene eines Roboters beziehungsweise einer Lackiervorrichtung.
Bei der Beschichtung langgestreckter Werkstücke, wie beispielsweise Rotorblättern von Windkraftanlagen, ist die Verfahrbewegung des sehr langen Werkstückes während des Beschichtungsvorganges möglichst zu vermeiden, um ansonsten auftretende Lackierfehler sicher zu vermeiden. Beim Fertigungsprozess ist das Rotorblatt nämlich zumeist in waagerechter Position einseitig am Rotorflansch befestigt, so dass jegliche Verfahrbewegung des Rotorblattes dieses in Schwingungen versetzen, beispielsweise mit einer Amplitude von mehr als +/- 250mm an dessen freiem nichteingespannten Ende, was einen Beschichtungsprozess nahezu unmöglich macht.
Nachteilig an einer großen Länge einer Verfahrschiene einer Lackiervorrichtung von beispielsweise 40m sind sowohl der hohe technische Aufwand zur Errichtung einer entsprechend langen Lackierkabine mit Verfahrschiene als auch der aus der Länge der Kabine resultierende Aufwand für ihre Belüftung. Bei einer allgemein üblichen Luftsinkgeschwindigkeit von 0,3m/s und einem Lackierkabinengrundriss von 50m x 6m ergibt sich beispielsweise ein Bedarf von ca. 320000m3 Luft pro Stunde, die zudem auch gefiltert und konditioniert werden muss.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangsgenannten Art anzugeben, die die Beschichtung auch langgestreckter Werkstücke ohne Qualitätseinbuße auf möglichst einfache Weise gestattet.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, hierfür ein entsprechendes Beschichtungsverfahren anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Somit ist eine Länge der bewegbaren Verfahrschiene von 5m bis 10m auch bei sehr langen zu lackierenden Werkstücken mit beispielsweise 20m bis über 70m Länge völlig ausreichend. Gleichzeitig weist der Lackierroboter entlang der Verfahrschiene eine sehr gute Erreichbarkeit eines parallel zur Verfahrschiene befindlichen Werkstückes auf, so dass dieses komplett beschichtbar ist.
Infolge der erfindungsgemäß vorgesehenen Bewegbarkeit der Verfahrschiene ihrerseits kann diese gemeinsam mit der Lackiervorrichtung verschiedene Arbeitspositionen in bezug auf das zu beschichtende Werkstück einnehmen, so dass Werkstücke mit einer beliebigen Länge, die beispielsweise deutlich größer als die Länge der Verfahrschiene ist, beschichtbar sind.
In vorteilhafter Weise wird somit der hohe Fertigungsaufwand, der seither bei der Beschichtung mit stationärer Verfahrschiene anfiel, drastisch verringert und gleichzeitig die Fertigungsqualität erheblich verbessert ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Verfahrschiene mit wenigstens einem Fahrgestell verbunden, welches eine gleichmäßige Verfahrbewegung der Verfahrschiene ermöglicht. Durch diesen modularen Aufbau der Anordnung ist der konstruktive Aufwand zur Umsetzung der Bewegbarkeit der Verfahrschiene in günstiger Weise wesentlich verringert.
Gemäß einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Anordnung weist das Fahrgestell wenigstens zwei parallel zueinander angeordnete Achsen auf, welche jeweils wenigstens mit einem in oder auf Schienen geführten Rad versehen sind. Durch die Verwendung von Rädern ist eine besonders reibungsarme Bewegbarkeit des Fahrgestells gegeben. Die Führung der Räder des Fahrgestells mittels einer Schiene gibt den Verfahrweg der Verfahrschiene ihrerseits vor, welcher vorzugsweise parallel zu dem Bewegungspfad des Lackierroboters auf der Verfahrschiene selbst verläuft.
Auf diese Weise ist die Einschränkung der Bewegungsfreiheit des Lackierroboters aufgrund einer verkürzten Verfahrschiene durch eine einfache Bewegung der Verfahrschiene selbst in derselben Richtung vorteilhaft kompensierbar.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestättungsform der Anordnung sind Verfahrschienen parallel zueinander angeordnet und in festem Abstand zueinander starr miteinander gekoppelt.
Vorzugsweise erfolgt die starre Kopplung der Verfahrschienen derart, dass die Kopplungsmittel, beispielsweise ein Querträger, beim Wechsel einer Arbeitsposition der Vorrichtung nicht mit einer eventuellen Lagerung des Werkstückes kollidieren, beispielsweise einer Stütze, welche die Last des Werkstückes nach unten abträgt.
Eine starre Kopplung der Verfahrschienen verringert darüber hinaus den Aufwand, die Anordnung in eine andere Arbeitsposition zu verbringen.
Bei paralleler Anordnung zweier, vorzugsweise gegenüberliegender Verfahrschienen, auf welchen jeweils Lackiervorrichtungen bewegbar angeordnet sind, ist eine beidseitige Lackierung eines Werkstückes ermöglicht.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist ein die Verfahrschiene tragendes Fahrgestell mittels eines Antriebs bewegbar. Ein Wechsel der Arbeitsposition einer erfindungsgemäßen Anordnung wird dadurch weiter vereinfacht.
Eine erfindungsgemäße Lackierkabine ist im Allgemeinen mit einer Schutzwand und gegebenenfalls mit einer Abdeckung versehen, welche die Lackiervorrichtung und deren Arbeitsbereich vollständig umschließt.
Diese Schutzwand ist vorzugsweise an ihren beiden Stirnflächen mit je einer portalähnlichen Öffnung versehen, welche gestattet, ein Werkstück in den von der Lackierkabine begrenzten Arbeitsraum einzubringen beziehungsweise langgestreckte Bauteile, deren Baulänge die Länge der Lackierkabine überschreitet, segmentweise im Arbeitsraum zu bearbeiten.
Somit ist mittels der erfindungsgemäßen Lackierkabine ein Verfahren ermöglicht, das die Beschichtung eines vorzugsweise für die Dauer der Bearbeitung unbewegbaren zu lackierenden Werkstücks gestattet, wobei der Querschnitt der Portalöffnung die maximale Größe des erfindungsgemäß bearbeitbaren Werkstückes vorgibt.
Weiterhin ist die Lackierkabine an ihrer Unterseite unterhalb des Arbeitsbereiches vorzugsweise offen, das heißt, sie weist keinen mit der Lackierkabine verbundenen Boden auf, um so im Bedarfsfall die Abstützung des Werkstücks von unten zu ermöglichen.
Jede Lackiervorrichtung, welche ihrerseits über einen Arbeitsbereich verfügt, ist geeignet, um in der Lackierkabine verwendet zu werden. Dies ist beispielsweise ein Industrieroboter mit 6 Freiheitsgraden ohne eigene Verfahrschiene aber auch ein eingangs erwähntes Lackierportal, welches entlang einer in der Lackierkabine befindlichen Verfahrschiene bewegbar ist.
Die die Lackierkabine umgebende Schutzwand stellt einen Schutz der Umgebung vor dem beim Beschichtungsprozess zwangsläufig entstehenden Lacknebel dar. Die Anordnung der Lackiervorrichtung zusammen mit der Lackierkabine auf zwei oder auch mehr Fahrgestellen ermöglicht einen einfachen Wechsel einer Arbeitsposition der Lackierkabine.
Ein Werkstück, welches länger ist, als der Arbeitsbereich der Lackiervorrichtung innerhalb der Lackierkabine, ist durch Bewegen der Lackierkabine in Längsrichtung in weiteren Arbeitspositionen beschichtbar, wobei günstigerweise die Länge der Verfahrschiene und damit auch die der Lackierkabine verkürzt ist.
Gleichzeitig verbleibt In ebenso vorteilhafter Weise der beim Beschichten entstehende Lacknebel innerhalb der Lackierkabine.
Nach der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Anordnung wird die Lackiervorrichtung von wenigstens zwei Lackierrobotern gebildet, welche beiderseits des Arbeitsbereichs angeordnet sind. Lackierroboter, vorzugsweise solche mit 6 Bewegungsfreiheitsgraden, weisen eine hohe Flexibilität und einen Arbeitsbereich von ca. 2m bis 3m um deren Basis auf. Auch eine Anordnung einer Lackiervorrichtung über einem zu lackierenden Objekt, beispielsweise auf einem Verbindungsträger zwischen zwei parallel angeordneten Verfahrschienen ist im Sinne der Erfindung.
Eine beiderseitige Anordnung der Lackierroboter um den Arbeitsbereich ermöglicht eine beidseitige Beschichtung eines Abschnittes des Werkstückes in ein und derselben Position der Lackierkabine.
Nach der erfindungsgemäßen Ausführungform der Anordnung sind die wenigstens zwei vorgesehenen Lackierroboter jeweils auf einer beiderseits des Arbeitsbereiches in der Lackierkabine angeordneten Verfahrschiene längsbewegbar, wobei diese auf wenigstens ein Fahrgestell abgestützt sind.
Der Arbeitsbereich der Lackierroboter innerhalb der Lackierkabine ist somit erweitert und die Anzahl von zur Beschichtung eines langen Werkstückes benötigten Positionen der Lackierkabine ist in vorteilhafter Weise reduziert.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Lackierkabine ist mit einer Vorrichtung zur Zu- und/oder Abführung von Luft versehen, in welcher vorzugsweise auch ein Luftfilter angeordnet sein kann.
Der beim Beschichtungsvorgang entstehende Lacknebel ist auf diese Weise aus der Lackierkabine absaugbar und die Qualität des Lackierergebnisses damit steigerbar.
Die Lackierkabine wird vorzugsweise im Unterdruck betrieben, d.h. im Bodenbereich der Lackierkabine wird mehr Luft abgesaugt als durch die Kabinendecke zuströmt. Die fehlende Luftmenge wird durch die gegenüberliegenden portalähnlichen Öffnungen aus der Umgebung eingesaugt. Dadurch wird der Austritt von Lacknebel an die Umgebung in vorteilhafter Weise reduziert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mit der Lackierkabine bewegbar Behälter für flüssige Medien, beispielsweise Vorrats- und/oder Sammelbehälter für Lack und/oder Lösemittel, daran angeordnet, so dass aufwendige Zuleitungen für die verschiedenen Flüssigkeiten entbehrlich sind.
Je nach Länge des zu beschichtenden Werkstückes ergibt sich für die Lackierkabine ein Verfahrweg von 50m und mehr. Durch eine Anordnung der Medienbehälter an der Lackierkabine wird eine entsprechend lange Medienleitung, beispielsweise für Lack, von der bewegbaren Lackierkabine zu einer stationären Lackversorgung, beispielsweise mittels einer Lackleitung, vermieden.
Der konstruktive Aufwand der Medienver- und Entsorgung wird hierdurch vorteilhaft reduziert. Zudem ergibt sich aufgrund der deutlich geringeren Schlauchlänge zwischen Lackversorgung und Lackiervorrichtung beispielsweise ein verbessertes Einschaltverhalten des Lackzerstäubers und damit eine höhere Qualität des Lackierergebnisses.
Die Lösung der dritten Aufgabe, nämlich ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstückes in einer Lackierkabine mit den zuvor beschriebenen Merkmalen anzugeben, wobei das Werkstück länger ist als der von der Lackierkabine begrenzte Arbeitsbereich, ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 8 gekennzeichnet.
Die Lackierkabine wird hierbei zur Beschichtung eines jeweiligen Abschnittes in eine Position bewegt, in welcher der zur Beschichtung vorgesehene Abschnitt des Werkstücks im Arbeitsbereich angeordnet ist und somit von der Lackierkabine umschlossen und mittels der Lackiervorrichtung beschichtbar.
Mit diesem Verfahren ist auch die Beschichtung von Werkstücken möglich, welche länger sind als der Arbeitsbereich einer Lackiervorrichtung innerhalb der Lackierkabine.
Erfindungsgemäß sind während des Beschichtungsvorgangs eines Abschnittes die Lackierkabine und das Werkstück gegeneinander fixiert. Ein gegenseitiges Bewegen, beispielsweise aufgrund einer Beschleunigungs- oder Bremsbewegung eines Lackierroboters auf seiner mit der Lackierkabine starr verbundenen Verfahrschiene ist damit ausgeschlossen und das Lackierergebnis wird verbessert.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind beliebig viele zu beschichtende Abschnitte und beliebig viele aneinandergrenzende Positionen der Lackierkabine vorgesehen, wobei die Lackierkabine während des Beschichtungsvorgangs mehrerer Abschnittes nahezu kontinuierlich verfahren wird.
Die momentane Relativposition der Lackierkabine zum Werkstück ist der Bezug für die Bewegung der Lackiervorrichtung. Diese sollte in diesem Fall programmgemäße Verfahrbewegung auf der Verfahrschiene weitestgehend vermeiden, welche dynamische Kräfte auf die Lackierkabine in deren Verfahrrichtung zur Folge haben.
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die programmgemäße Verfahrbewegung der Lackierkabine von einer Robotersteuerung vorgegeben.
Bei Verwendung eines Lackierroboters mit Verfahrschiene und insgesamt sieben Freiheitsgraden der Bewegung beispielsweise ist die Verfahrbewegung der Lackierkabine als achter Bewegungsfreiheitsgrad anzusehen, wobei entsprechende Bewegungen in gleicher Weise wie bei den sieben anderen Bewegungsfreiheitsgraden von ein- und derselben Robotersteuerung vorgegeben werden.
Bei Verwendung eines Lackierroboters mit sechs Freiheitsgraden und ohne Verfahrschiene wird die Verfahrbewegung der Lackierkabine steuerungstechnisch wie eine Verfahrbewegung des Lackierroboters auf einer Verfahrschiene behandelt.
In vorteilhafter Weise wird die Steuerung der Verfahrbewegung von einer bereits vorhandenen Robotersteuerung übernommen, welche somit alle Bewegungen von Lackierroboter und Lackierkabine steuert und koordiniert.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Verfahrbewegung der Lackierkabine anhand der zu lackierenden Oberfläche des Werkstückes in einem jeweiligen Abschnitt ermittelt. Je geringer die Fläche pro Länge eines zu lackierenden Abschnittes des Werkstückes ist, desto schneller wird eine weitere Arbeitsposition angefahren.
Die Lackierzeit für ein Werkstück kann damit in vorteilhafter Weise gesenkt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten sind den weiteren abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausführungsformen sowie weitere Vorteile näher beschrieben und erläutert werden.
Es zeigen:
Die Verfahrschiene 14 ist an ihren beiden Enden mit je einem ersten Fahrgestell 16 und einem zweiten Fahrgestell 18 verbunden. Vorzugsweise weisen die Fahrgestelle 16, 18 als Grundstruktur Träger aus einem geeigneten Material auf, beispielsweise Stahl, welche in der
Die durch die Schiene 20 vorgegebene vor- und rückwärtige Verfahrrichtung der Fahrgestelle entspricht den beiden Verfahrrichtungen 90 des Lackierroboters auf der Verfahrschiene.
Das erste Fahrgestell 16 und das dritte 36 Fahrgestell sind über ein erstes Verbindungselement 60 starr miteinander gekoppelt. Das zweite 18 und das vierte 38 Fahrgestell sind in analoger Weise über ein zweites Verbindungselement 61 starr miteinander gekoppelt. Geeignete Verbindungselemente 60, 61 sind beispielsweise Stahlträger in Form eines Portals. Die portalähnliche Form vermeidet eine Kollision der Verbindungselemente 60, 61 mit dem Werkstück 92. Diese Anordnung ist als Grundstruktur der in
Das zu beschichtende Werkstück 92 ist auf einer Halterung 94 befindlich dargestellt. Die portalähnliche Form des ersten Verbindungselementes 60 vermeidet Kollisionen mit dem Werkstück 92 und dessen Halterung 94.
Weiterhin dargestellt sind auch wie in
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