Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage zum Beschichten von Werkstücken mit zumindest einem Aufnahmedorn zum Aufnehmen mindestens eines Werkstückes, eine Fördereinrichtung mit welcher der Aufnahmedorn zu Bearbeitungsstationen förderbar ist, eine Lackierstation, in welcher das mindestens eine Werkstück auf dem Aufnahmedorn mit einem Lack beschichtbar ist, und eine Härtungsstation, in welcher das mindestens eine Werkstück auf dem Aufnahmedorn in einer Schutzgasatmosphäre mittels einer Bestrahlungseinrichtung bestrahlbar ist, wobei der Lack aushärtet, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Beschichten von Werkstücken, bei welchem mindestens ein Werkstück auf einem Aufnahmedorn angeordnet wird, der Aufnahmedorn mit dem mindestens einen Werkstück mittels einer Fördereinrichtung zu Bearbeitungsstationen gefördert wird, in einer Lackierstation das mindestens eine Werkstück auf dem Aufnahmedorn mit einem Lack beschichtet wird und in einer Härtungsstation das mindestens eine Werkstück auf dem Aufnahmedorn in einer Schutzgasatmosphäre mittels einer Bestrahlungseinrichtung bestrahlt wird, wobei der Lack aushärtet, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

Eine gattungsgemäße Beschichtungsanlage und ein entsprechendes Beschichtungsverfahren gehen beispielsweise aus der WO 2007/045442 A1 hervor. Die hierin beschriebene Beschichtungsanlage, bei welcher die Werkstücke einen größeren Schutzgasbereich durchlaufen, ist für eine Serienfertigung relativ großer Werkstücke sinnvoll. Für einen wirtschaftlichen Betrieb sollte die Schutzgaskammer möglichst klein sein, um den Verbrauch von Schutzgas gering zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtungsanlage und ein Beschichtungsverfahren anzugeben, welche auch bei kleineren Teilen eine besonders wirtschaftliche Beschichtung ermöglichen.

Die Erfindung wird zum einen durch eine Beschichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Beschichtungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsvarianten sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmedorn zwischen einer horizontalen ersten Arbeitsposition und einer vertikalen zweiten Arbeitsposition verschwenkbar ist, dass der Aufnahmedorn mit dem mindestens einen Werkstück in der Lackierstation in die horizontale Arbeitsposition geschwenkt ist und dass der Aufnahmedorn mit dem mindestens einen Werkstück in der Härtungsstation in die vertikale zweite Arbeitsposition geschwenkt ist.

Ein Grundgedanke der Erfindung liegt darin, das Lackieren von Werkstücken bei einem horizontalen Aufnahmedorn vorzunehmen, während das Aushärten des beschichteten Werkstückes in einer Schutzgaskammer in einer zweiten vertikalen Arbeitsposition durchgeführt wird. Dies erlaubt einerseits ein effektives Lackieren in einer horizontalen Ausrichtung und ein Schutzgas sparendes Aushärten in einer vertikal ausgerichteten Schutzgaskammer. Insbesondere kann der Aufnahmedorn lanzen- oder stangenförmig ausgebildet sein, so dass dieser auch längliche und damit relativ sperrige Werkstücke aufnehmen kann. An dem länglichen Aufnahmedorn können aber auch mehrere Werkstücke mittels entsprechenden Halterungen angebracht sein. Der Aufnahmedorn kann mit der Fördereinrichtung fest oder lösbar über eine Halteeinheit verbunden sein.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Härtungsstation eine Schutzgaskammer aufweist, welche eine Schutzgasglocke mit einer unteren Zutrittsöffnung umfasst. Diese Anordnung ist insbesondere zur Aufnahme von Schutzgas zweckmäßig, welches leichter als die Umgebungsluft ist. Die Zuführung des Werkstückes erfolgt dabei über eine relative vertikale Hubbewegung zwischen der Schutzgasglocke und dem Werkstück.

Grundsätzlich kann der Aufnahmedorn mit dem mindestens einen Werkstück in die Schutzgasglocke eingefahren werden. Besonders vorteilhaft ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung, dass die Schutzgasglocke zwischen einer unteren Härtungsposition, in welcher der Aufnahmedorn in der vertikalen Arbeitsposition umschlossen ist, und einer oberen Zuführposition vertikal verfahrbar ist, in welcher der Aufnahmedorn in der vertikalen Arbeitsposition unter der Schutzgasglocke positionierbar ist. Der lanzenförmige Aufnahmedorn kann in der Härtungsstation eine vertikale Position einnehmen, in welcher eine geringe Grundfläche benötigt wird. In dieser vertikalen Position wird dann die hülsenförmige Schutzgasglocke, welche Seitenwände und einen geschlossenen Deckenbereich aufweist, vertikal von oben über das Werkstück gefahren, so dass die in der Schutzgasglocke angeordnete Schutzgasatmosphäre das Werkstück umschließt. Zudem kann bei dieser Hubbewegung von oben schädlicher Restsauerstoff nach unten durch die untere Zutrittsöffnung der Schutzgasglocke verdrängt werden. Die Hubbewegung der Schutzgasglocke kann durch einen Hubantrieb, insbesondere einen Stellzylinder, bewirkt werden.

Besonders effizient ist es nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, dass die Bestrahlungseinrichtung in oder an der Schutzgasglocke angebracht und mit dieser verfahrbar ist. Die Bestrahlungseinrichtungen sind so an den Seitenwänden und/oder dem Deckenbereich angeordnet, so dass eine hinreichende Bestrahlung der beschichteten Werkstückbereiche gewährleistet ist.

Die Bestrahlungseinrichtung kann eine beliebige Bestrahlungseinrichtung, insbesondere auch eine Heizeinrichtung sein. Besonders bevorzugt ist es nach der Erfindung jedoch, dass die Bestrahlungseinrichtung mindestens einen UV-Strahler umfasst. Diese Bestrahlungseinrichtung ist für UV-aushärtbare Lacke vorgesehen. Diese durch ultraviolettes Licht aushärtbaren Lacke sind seit langem bekannt und werden vielfältig zur effizienten Beschichtung und Lackierung von Werkstücken eingesetzt.

Eine besonders gute Lackierung und Kompensation des Schwerkrafteinflusses auf die Beschichtungsdicke wird nach einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung dadurch erreicht, dass der Aufnahmedorn zum Drehen des mindestens einen Werkstückes drehbar gelagert und angetrieben ist. Insbesondere durch ein Drehen des lanzenförmigen Aufnahmedorns mit dem mindestens einen Werkstück in der horizontalen ersten Arbeitsposition kann erreicht werden, dass beim Lackieren ein Fließen des aufgebrachten Lackes in Schwerkraftrichtung vermieden oder weitgehend unterbunden wird. Hierdurch können insbesondere beim Lackieren Lackschichten mit besonders gleichmäßiger Lackschichtdicke erreicht werden. Auch in der Härtungsstation in der vertikalen zweiten Arbeitsposition kann ein Drehen des Aufnahmedornes sinnvoll sein, um so eine gleichmäßige Bestrahlung aller Werkstückbereiche sicherzustellen. Der Aufnahmedorn ist als drehbar gelagerte Spindel ausgebildet. An jedem Aufnahmedorn oder jeder Halteeinheit kann ein Drehmotor vorgesehen sein.

Grundsätzlich kann als Fördereinrichtung jede geeignete Transporteinrichtung, insbesondere umlaufende Förderer, vorgesehen sein. Bevorzugt ist es nach einer Variante der Erfindung, dass die Fördereinrichtung einen Rundtakttisch aufweist, auf welchem mehrere Aufnahmedorne schwenkbar gelagert sind. Die Aufnahmedorne oder die Halteeinheiten für die Aufnahmedorne sind dabei entlang dem Umfang des Rundtakttisches gleichmäßig verteilt angeordnet. An den Rundtakttischen ist ein entsprechender Schwenkantrieb vorgesehen, mit welchen die Aufnahmedorne zwischen der horizontalen ersten Arbeitsposition und der vertikalen zweiten Arbeitsposition verschwenkbar sind. Der Schwenkantrieb kann dabei einen Elektromotor oder einen pneumatischen oder hydraulischen Stellzylinder aufweisen. Auch eine Verschwenkung mittels eines Kulissenmechanismus beim taktweisen Weiterdrehen des Rundtakttisches ist möglich. Die Bearbeitungsstationen sind gleichmäßig entlang des Umfangs am Rundtakttisch verteilt, so dass die Werkstücke bei jedem Taktschritt um eine Bearbeitungsstation weiter gefördert werden können.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, dass entlang einer Förderbahn der Fördereinrichtung weitere Bearbeitungsstationen angeordnet sind, insbesondere eine Aufgabestation, eine Reinigungsstation, eine Beflammstation, eine lonisierstation und/oder eine Abnahmestation. Das Aufgeben der Werkstücke oder das Abnehmen der fertig lackierten und gehärteten Werkstücke kann manuell oder über einen automatischen Greifer erfolgen. In der Reinigungsstation kann ein Entfetten mittels Flüssigkeit oder ein Abblasen von Staubpartikeln erfolgen. In der Beflammstation kann eine weitere Säuberung auf thermische Weise unter Einfluss eines oder mehrerer Gasbrenner durchgeführt werden. In einer lonisierstation kann durch eine entsprechende Beaufschlagung des Werkstückes eine elektrische Aufladung abgebaut oder vermieden werden, so dass insbesondere Staubablagerungen unmittelbar vor dem Lackieren in der Lackierstation vermieden werden.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass zumindest zwischen zwei aneinander angrenzenden Bearbeitungsstationen eine Luftschleuse angeordnet ist. Zwischen den einzelnen Stationen sind grundsätzlich Trennwände mit einer Durchgangsöffnung vorgesehen. Die Durchgangsöffnung ist entsprechend der jeweiligen Arbeitsposition des Aufnahmedorns beim Durchgang horizontal oder vertikal ausgerichtet. Um die einzelnen Bearbeitungsstationen voneinander abzuschotten, können entsprechende Zugangstüren und/oder vorzugsweise Luftschleusenkammern vorgesehen sein. Durch die Luftschleusenkammer kann etwa mit hoher Sicherheit gewährleistet werden, dass entweder keine staubhaltige Luft in die Lackierstation oder keine mit Lackpartikeln belastete Luft nach außen dringt. Die Luftschleusen können derart ausgebildet sein, dass diese gegenüber dem Druck in der Lackierstation einen gewissen Unterdruck oder Überdruck aufweisen. Dieser relative Druckunterschied kann entweder durch eine Druckeinstellung in der Lackierstation oder in der Luftschleuse bewirkt werden. Selbstverständlich können Luftschleusen auch zwischen anderen Bearbeitungsstationen vorgesehen werden, soweit dies erforderlich ist.

Das Schutzgas in der Härtungsstation kann entsprechend der aufgebrachten Beschichtung beziehungsweise dem Lack ausgewählt werden. Grundsätzlich sind Edelgase oder auch CO₂ als Schutzgas möglich, wobei diese durch Erwärmung in ihrer Dichte so beeinflusst werden können, dass diese zur Verwendung in einer Schutzgasglocke leichter als die umgebende Luftatmosphäre sind.

Besonders bevorzugt ist es nach der Erfindung jedoch, dass als Schutzgas Stickstoff vorgesehen ist. Dieses ist grundsätzlich leichter als die umgebende Luftatmosphäre. Zudem ist Stickstoff ein Hauptbestandteil der umgebenden Luftatmosphäre und stellt bei einem Austreten keine Verunreinigung dar. Zudem verflüchtigt sich Stickstoff nach oben zur Hallendecke und kann so anders als Kohlendioxid keine gefährlichen Konzentrationen in Bodennähe bilden. In der Schutzgasglocke ist vorzugsweise im Deckenbereich eine Zuführeinrichtung vorgesehen, mit welcher kontinuierlich oder diskontinuierlich neues Schutzgas zugeführt werden kann, um im Betrieb unvermeidliche Schutzgasverluste auszugleichen. Die Zuführeinrichtung ist vorzugsweise im Bereich der Bestrahlungseinrichtung derart angeordnet, dass das einströmende Schutzgas die Bestrahlungseinrichtung kühlt und gleichzeitig das Schutzgas schon vor Eintritt in die Schutzgasglocke aufgeheizt wird. Diese gezielte Erwärmung des Schutzgases reduziert zusätzlich Austrittsverluste durch die untere Zutrittsöffnung bei Einsatz einer Schutzgasglocke.

Die eingangs genannte Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der Aufnahmedorn zwischen einer horizontalen ersten Arbeitsposition und einer vertikalen zweiten Arbeitsposition verschwenkt wird, dass zum Lackieren in der Lackierstation der Aufnahmedorn mit dem mindestens einen Werkstück in die horizontale erste Arbeitsposition geschwenkt wird und dass zum Härten in der Härtungsstation der Aufnahmedorn mit dem mindestens einen Werkstück in die vertikale zweite Arbeitsposition geschwenkt wird.

Das Verfahren ist insbesondere zur Durchführung mit der vorbeschriebenen Beschichtungsanlage vorgesehen. Mit dem Beschichtungsverfahren können die vorgenannten Vorteile erzielt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert, welches schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1

eine perspektivische Ansicht auf eine erfindungsgemäße Beschichtungsanlage;

Fig. 2

einen schematischen Horizontalschnitt durch die Beschichtungsanlage von Fig. 1; und

Fig. 3

einen schematischen Vertikalschnitt gemäß dem Schnitt A-A in Fig. 2.

Eine erfindungsgemäße Beschichtungsanlage 10 weist gemäß Fig. 1 ein Gehäuse 14 auf, welches die Anlage umkapselt. Bei der dargestellten Ausführungsform sind eine Aufgabestation 30 und eine Abnahmestation 70 für die Werkstücke 5 als manuelle Arbeitsplätze ausgelegt. An den Seitenwänden des Gehäuses 14 sind Zugangstüren mit Fenstern 15 zu den einzelnen Bearbeitungsstationen vorgesehen. Funktionskomponenten, wie eine Bedieneinheit 18 und ein Steuerschrank 16, sind an der Außenseite des Gehäuses 14 angeordnet, so dass diese einfach bedienbar und wartbar sind.

Der weitere Aufbau der Beschichtungsanlage 10 wird im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 erläutert. Als wesentliche Bearbeitungsstationen sind eine Lackierstation 40 sowie eine Härtungsstation 50 innerhalb des Gehäuses 14 vorgesehen. Über einen Rundtakttisch 22 als Fördereinrichtung 20 werden zu beschichtende Werkstücke 5 von der Aufgabestation 30 zu den einzelnen Bearbeitungsstationen schrittweise mit einer Drehbewegung gefördert. Insgesamt vier Werkstücke 5 sind an einem lanzen- oder spießartigen Aufnahmedorn 12 gehaltert. Die Aufnahmedorne 12 mit den Werkstücken 5 werden etwa mittels Transportwagen zu der Aufgabestation 30 gebracht, wo sie im dargestellten Ausführungsbeispiel manuell auf Halteeinheiten 26 auf dem Rundtakttisch 22 lösbar aufgesteckt werden. Die Halteeinheiten 26, welche gleichmäßig entlang des Außenumfangs des Rundtakttisches 22 verteilt angeordnet sind, können eine Spanneinrichtung zur Fixierung des aufgesteckten Aufnahmedornes 12 aufweisen.

An der Aufgabestation 30 werden die Aufnahmedorne 12 mit den Werkstücken 5 in einer vertikalen ersten Arbeitsposition aufgesteckt. In einem Förderschritt wird dann der Aufnahmedorn 12 in eine Reinigungsstation 32 weitergefördert. In der Reinigungsstation 32 werden die Werkstücke 5 von Verschmutzungen gereinigt, insbesondere entfettet. In einem weiteren Taktschritt kann dann der Aufnahmedorn 12 mit den gereinigten Werkstücken 5 zu einer Beflammstation 34 weiter verfahren werden. Es kann hier eine zusätzliche Aktivierung der Oberfläche durch Beflammen mittels eines Gasbrenners erfolgen. Anschließend erfolgt ein Weiterfördern zu einer lonisierstation 36, um elektrische Entladungen und damit statische Staubanhaftungen zu vermeiden.

Anschließend wird der Aufnahmedorn 12 mit den Werkstücken 5 über eine kammerartige Luftschleuse 38 in die Lackierstation 40 weitergefördert. In der Reinigungsstation 32, der Beflammstation 34 und der lonisierstation 36 befindet sich der Aufnahmedorn 12 mit den Werkstücken 5 in der horizontalen zweiten Arbeitsposition, in welche der Aufnahmedorn 12 nach einem vertikalen Einfahren in die Reinigungsstation 32 durch einen entsprechenden Schwenkantrieb an der Halteeinheit 26 verschwenkt worden ist. Die einzelnen Stationen sind über Trennwände 19 voneinander abgetrennt. In den Trennwänden 19 sind Durchgangsöffnungen 28 zum Durchgang der Aufnahmedorne 12 mit den Werkstücken 5 vorgesehen. Entsprechend der horizontalen Ausrichtung der Aufnahmedorne 12 sind diese Durchgangsöffnungen 28 als im Wesentlichen horizontale Schlitze ausgebildet.

In der Lackierstation 40 werden die Werkstücke 5 an den Aufnahmedornen 12 in insgesamt zwei Taktschritten mit einem UV-aushärtbaren Lack beschichtet. Zur Lackbeschichtung ist ein Lackierroboter 42 in einem Aufnahmebereich 17 oberhalb des Rundtakttisches 22 fest angeordnet. Über eine Absaug- und Filtereinheit 44 in der Lackierstation 40 kann Sprühnebel beim Aufspritzen des Lackes abgesaugt und abgefiltert werden. Die horizontal angeordneten Aufnahmedorne 12 mit den Werkstücken 5 werden beim Lackieren um ihre Längsachse mittels eines Drehmotors gedreht. Nach einem Beschichten der Werkstücke 5 in der Lackierstation 40 werden die Aufnahmedorne 12 mit den Werkstücken 5 in eine zweite Luftschleuse 48 weitergefördert, welche wie die erste Luftschleuse 38 einen unerwünschten Austritt von mit Lackpartikeln belasteter Luft aus der Lackierstation 40 verhindert. Hierzu weist die kammerartige Lackierstation 40 relativ zu den beiden angrenzenden Luftschleusen 38, 48 einen gewissen Unterdruck auf.

In der angrenzenden Härtungsstation 50 werden die Aufnahmedorne 12 mit den Werkstücken 5 wieder von der horizontalen zweiten Arbeitsposition in die vertikale erste Arbeitsposition rückgeschwenkt, welche in Fig. 3 schematisch durch die Stellung der Aufnahmedorne 12' verdeutlicht ist. In der Härtungsstation 50 ist eine hülsenförmige Schutzgasglocke 52 mit einem sechseckigen Querschnitt angeordnet. Die Schutzgasglocke 52 weist einen geschlossenen Deckenbereich und eine untere offene Zutrittsöffnung 53 auf. Entlang zumindest einer Außenwand der Schutzgasglocke 52 ist eine längliche Bestrahlungseinrichtung 54 mit einem UV-Strahler angeordnet. Zum Aufnehmen der vertikalen Aufnahmedorne 12 mit den Werkstücken 5 ist die Schutzgasglocke 52 in eine obere Zuführposition verfahren, in welcher der vertikale Aufnahmedorn 12 unter der Schutzgasglocke 52 angeordnet werden kann. Anschließend wird die Schutzgasglocke 52 über eine seitliche Hubeinrichtung 56 mit einem Stellzylinder vertikal nach unten in eine Härtungsposition gefahren. In diese Härtungsposition ist der vertikal geschwenkte Aufnahmedorn 12 mit den Werkstücken 5 etwa parallel zu der länglichen Bestrahlungseinrichtung 54 angeordnet. Durch einen nicht näher dargestellten Drehmotor an der Halteeinheit 26 wird der Aufnahmedorn 12 mit den Werkstücken 5 ähnlich einer Spindel gedreht, so dass insgesamt eine umfassende Bestrahlung der Werkstücke 5 mit dem UV-Licht der Bestrahlungseinrichtung 54 erreicht wird. Auch in den anderen Bearbeitungsstationen und insbesondere in der Lackierstation 40 können die Aufnahmedorne 12 mit den Werkstücken 5 über den Drehmotor an der Halteeinheit 26 gedreht werden, um eine vollumfängliche Bearbeitung, insbesondere Lackierung, zu erreichen.

Der Innenraum der Schutzgasglocke 52 ist mit einem Schutzgas, insbesondere Stickstoff gefüllt. Beim Verfahren der Schutzgasglocke 52 von der oberen Zuführposition in die untere Härtungsposition verdrängt die eingeschlossene Schutzgasatmosphäre die Umgebungsluft um die Werkstücke 5 nach unten. Über eine nicht dargestellte Zuführung im Deckenbereich kann regelmäßig neues Schutzgas in die Schutzgasglocke 52 eingeleitet werden, um die im Betrieb nicht zu vermeidenden Schutzgasverluste durch die untere Zutrittsöffnung 53 zu kompensieren.

Nach einer Aushärtung der Beschichtung der Werkstücke 5 wird die Schutzgasglocke 52 wieder nach oben gefahren, so dass dann der Aufnahmedorn 12 mit den Werkstücken 5 in der vertikalen Position durch einen vertikalen Durchgangsschlitz im Gehäuse 14 zur außen liegenden Abnahmestation 70 gefördert wird. Von dort kann der Aufnahmedorn 12 mit den Werkstücken 5 von der Halteeinheit 26 gelöst und an eine Abfördereinrichtung manuell übergeben werden.