[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fördern eines Beschichtungsmaterials in
einer programmgesteuerten mehrachsigen Beschichtungsmaschine mit einer Applikationsvorrichtung
sowie eine derartige Beschichtungsmaschine für die serienweise Beschichtung von Werkstücken
gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
[0002] Bei der Beschichtungsmaschine kann es sich insbesondere um einen der bekannten Lackierroboter
handeln, wie sie für die zumindest vorwiegend elektrostatische Außen- und Innenlackierung
von Werkstücken wie Fahrzeugkarossen oder beispielsweise in der Automobilzulieferindustrie
auch von deren Anbauteilen üblich sind (JOT 1/2004, S. 12-13).
[0003] Typisch sind bei industriellen Lackieranlagen für derartige und ähnliche Zwecke häufige
Farbwechsel während der Produktion und die vor der Versorgung der Applikationsvorrichtung
mit der neuen Farbe notwendigen Maßnahmen zum Entleeren und Reinigen der Farbleitungen.
Da der vor einem Farbwechsel in der Leitung verbliebene Lack nicht einfach ausgespült
und somit verworfen werden soll, was in modernen Anlagen kaum noch akzeptiert wird,
wird er üblicherweise zur Wiederverwendung in die zugehörigen Ringleitungen oder Vorratsbehälter
des Farbversorgungssystems zurückgedrückt. Zum Zurückdrücken der Farbe hat sich schon
seit einigen Jahren die Molchtechnik bewährt, die den sehr wesentlichen Vorteil hat,
dass die Farbe von den durch die Farbschläuche bewegten Molchen praktisch restlos
von den Schlauchwänden abgestreift und aus den Schläuchen entfernt wird. Aus diesem
Grund sollten molchbare Schläuche bisher möglichst bis in den als Applikationsvorrichtung
verwendeten Zerstäuber verlegt und der zurückbleibende Farblack sogar noch von der
Farbdüse aus zurück gemolcht werden (JOT 3/2004; S. 22-24; EP 1 314 480). Das Maß
der Wiederverwendung verbliebener Lackreste bestimmt den Wirkungsgrad des Versorgungssystems.
[0004] Darüber hinaus dienen Molche nicht nur zum Zurückdrücken von Farblack bei einem Farbwechsel,
sondern auch dazu, das Beschichtungsmaterial vor oder während eines Beschichtungsvorgangs
dem Zerstäuber zuzuführen oder Spülmittel durch das System und ggf. bis zum Zerstäuber
oder von diesem aus in die Rückwärtsrichtung zu fördern (EP 1 270 083, EP 1 362 641,
EP 1 362 642).
[0005] Wenn sich die in der Versorgungsrichtung vordersten Molchstationen in dem Zerstäuber
eines Lackierroboters befinden, müssen die betreffenden molchbaren Schläuche durch
dessen Handgelenk verlegt werden (DE 102 23 498, DE 103 20 147). Die Handgelenke moderner
Lackierroboter sind zwar derart hohl konstruiert, dass die zu dem Zerstäuber führenden
Schlauch-und sonstigen Leitungen und an sich auch Molchschläuche durch ihren Innenraum
hindurchgeführt werden können (US 4 708 580). In der Praxis ergeben sich aber Probleme
insbesondere dann, wenn mehr als nur ein molchbarer Schlauch durch das Gelenk verlegt
werden soll und wenn diese Schläuche darüber hinaus hochspannungsfest ausgebildet
sein sollen, wie es z.B. bei der Direktaufladung von Wasserlack in elektrostatischen
Zerstäubern erforderlich sein kann. Derartige Schläuche (DE 102 39 516) sind nur mit
relativ großem Durchmesser herstellbar, wobei auch zu berücksichtigen ist, dass zu
kleine Innendurchmesser zu unerwünscht hohen Druckverlusten führen. Die relativ dicken
Schläuche sind entsprechend steif und wenig flexibel, so dass sie innerhalb der Gelenke
schlecht biegbar sind.
[0006] Außerdem darf bei den Gelenkbewegungen der für den ungehinderten Durchlauf der Molche
erforderliche Biegeradius der gemolchten Schläuche nicht unterschritten werden. Wegen
dieser Erfordernisse war die Molchbarkeit der Versorgungsleitungen bis zum Zerstäuber
allenfalls mit großvolumigen Gelenkkonstruktionen der Beschichtungsmaschine realisierbar.
Das gilt nicht nur für Roboter, sondern auch für die Gelenke anderer mehrachsiger
Beschichtungsmaschinen wie Dach- und Seitenmaschinen, doch sind insbesondere bei Lackierrobotern
großvolumige Handgelenke unerwünscht, weil sie nicht nur die Bewegungsdynamik beeinträchtigen,
sondern vor allem auch die Zugänglichkeit ggf. enger Innenräume und sonstiger Bereiche
von Werkstücken behindern können.
[0007] Aus der WO 03/086671 A1 ist bereits ein Verfahren zum Zurückdrücken des in der Versorgungsleitung
einer Lackiervorrichtung bei einem Farbwechsel verbliebenen Farblacks bekannt, bei
dem die Leitung durch Verformung ähnlich dem bekannten Schlauchpumpenprinzip entleert
wird. Zu diesem Zweck wird als Versorgungsleitung ein relativ weicher Innenschlauch
verwendet, der von einem druckfesten Außenschlauch umgeben ist, und in den Spaltraum
zwischen den Innen- und Außenschläuchen Druckluft oder ein anderes Druckmedium geleitet,
das den Außenumfang des Innenschlauchs beaufschlagt. Wenn die Schlaucheinheit beispielsweise
einen Zerstäuber mit einer Farbwechselventilanordnung verbindet, wird beim Farbwechsel
auf der Zerstäuberseite Druckluft zwischen Außenmantel und Innenschlauch geleitet,
und da der Mantel nicht nachgibt, wird der Innenschlauch vom Zerstäuber ausgehend
bis zum Farbwechsler hin zusammengepresst und dadurch der Restlack des Versorgungsschlauchs
in das Versorgungssystem zurückbefördert. Erklärtes Ziel des bekannten Verfahrens
ist es, gemolchte Leitungen zu vermeiden. Dieses auch als "Squeeze-Out" (Ausquetschen)
bezeichnete Verfahren ist der Molchtechnik aber in verschiedener Hinsicht unterlegen.
Zum einen ist es in der Praxis kaum möglich, den Innenschlauch beim Quetschen vollständig
zusammenzudrücken, so dass stets ein gewisser Lackrest zurückbleibt, der anschließend
ausgespült wird, wofür vergleichsweise große Spülmittelmengen erforderlich sind. Außerdem
neigt der Innenschlauch zu einer Längung aufgrund der sich bei jedem Farbwechsel wiederholenden
Quetschungen. Aus diesen Gründen eignen sich derartige Schlauchsysteme relativ schlecht
für Lackierroboter und andere Beschichtungsmaschinen, in denen lange Schläuche von
beispielweise mehr als 20 m erforderlich sind.
[0008] Ausgehend von den oben erläuterten bekannten Lackierrobotern oder sonstigen Maschinen
mit eingebauten gemolchten Leitungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren bzw. eine Beschichtungsmaschine mit einer innerhalb der Maschine gemolchten
Leitung anzugeben, mit denen einerseits weitgehend der wesentliche Vorteil der Molchtechnik
genutzt werden kann, nämlich das praktisch restlose Entleeren der gemolchten Leitung,
während andererseits zumindest in der Nähe der Beschichtungsvorrichtung kein voluminöses
Gelenk mit großen Innenräumen notwendig ist.
[0009] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
[0010] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich alle oben erläuterten Probleme
auf nahezu vollkommene Weise lösen lassen, wenn man die bewährte Molchtechnik sinnvoll
mit der an sich bekannten Schlauchquetschmethode kombiniert. Wenn man die Molchzielstation
in der Beschichtungsmaschine wie beispielsweise in einem Roboterarm möglichst nahe
dem Zerstäuber platziert, jedoch noch vor einem Gelenk wie namentlich der Roboterhandachse
mit für die Molchtechnik unerwünscht engem Innenraum, können zwischen dem Versorgungssystem
und dieser Zielstation uneingeschränkt alle Vorteile der Molchtechnik genutzt werden
wie z.B. geringer Spülmittelaufwand und hoher Wirkungsgrad der Lackrückgewinnung auch
bei langen Schläuchen. In dem noch verbleibenden Verbindungsweg zwischen der Molchzielstation
und der Applikationsvorrichtung kommen dagegen die Vorteile der Quetschmethode zum
Tragen, nämlich die Möglichkeit, die Schläuche mit relativ kleinen Durchmessern und
kleinen Biegeradien durch das Roboterhandgelenk oder sonstige Gelenke von Beschichtungsmaschinen
hindurchzuführen, wobei hohe Packungsdichte für das verwendete Schlauchpaket und lange
Lebensdauer der Schläuche erreicht werden. Unberührt von dem Wechsel der Schlauchentleerungsmethode
innerhalb der Beschichtungsmaschine bleibt die Möglichkeit, mit der entleerten Strecke
für die bei der elektrostatischen Beschichtung mit Wasserlack und anderen leitfähigen
Medien erforderliche Potenzialtrennung zwischen dem Zerstäuber und dem geerdeten Versorgungssystem
zu sorgen.
[0011] Die erfindungsgemäß durch die Verwendung von Quetschschlauchsystemen statt gemolchter
Verbindungsleitungen in einem Maschinengelenk erreichbare Reduzierung des Platzbedarfs
beruht nicht nur auf der Art der verwendeten Schläuche, sondern auch auf einer möglichen
Reduzierung der Anzahl erforderlicher Schläuche. Bei der Molchtechnik sind neben den
eigentlichen Farbschläuchen zusätzliche Schläuche oder Steuerleitungen für verschiedene
Ventilfunktionen der stromabwärts des Gelenks liegenden Molchzielstation erforderlich,
die ebenfalls durch das Gelenk geführt werden müssen und bei der Quetschtechnik entfallen.
[0012] Da beispielsweise für die Handachse von Lackierrobotern keine voluminösen Gelenkkonstruktionen
mehr erforderlich sind, weil keine Molchschläuche hindurchgeführt werden müssen und
dennoch problemlos die gewünschte Farbrückgewinnung möglich ist, lassen sich schlanke
Roboter mit guter, zumindest in der Handachse nicht durch Molchschläuche beeinträchtigter
Bewegungsdynamik realisieren. Derartige Roboter sind insbesondere auch für die Beschichtung
enger Innenräume und von Werkstücken mit kleinen Taktabständen geeignet.
[0013] Die erwähnten prinzipiellen Nachteile der Schlauchquetschmethode gegenüber der Molchtechnik
spielen bei der Erfindung wegen der geringen Länge der Schläuche zwischen der Applikationsvorrichtung
und der Molchzielstation keine wesentliche Rolle, insbesondere wird der Rückgewinnungswirkungsgrad
nur unwesentlich verringert.
[0014] Obwohl das hier beschriebene Verfahren insbesondere bei dem Zurückdrücken der vor
einem Farbwechsel in den Versorgungsleitungen bis zum Zerstäuber verbliebenen Restfarbe
anwendbar ist, können die beschriebenen Vorteile der Erfindung auch bei dem Entleeren
von Schläuchen in Richtung zum Zerstäuber wichtig sein.
[0015] An dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher
erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch und stark vereinfacht die Leitungsdurchführung
durch das Handgelenk eines Lackierroboters.
[0016] Darstellungsgemäß ist an dem Roboterarm 1 ein hohles dreiachsiges Handgelenk 2 angebracht,
an das ein elektrostatischer Rotationszerstäuber 3 angeflanscht ist. Derartige Konstruktionen
sind an sich bekannt und üblich und bedürfen daher keiner weiteren Beschreibung. In
ebenfalls an sich bekannter Weise führen durch das Handgelenk 2 zwei flexible und
entsprechend den Handgelenkbewegungen biegbare Leitungen 4A und 4B zur Farbversorgung
des Zerstäubers im A/B-Betrieb, der bekanntlich einen zeitsparenden Farbwechsel ermöglicht.
Bei Verzicht auf den durch den A/B-Betrieb mit zwei parallelen Leitungen erreichten
Zeitgewinn würde auch eine einzige Leitung 4 genügen.
[0017] Zur Farbversorgung des Zerstäubers 3 dienen ferner beispielsweise zwei gemolchte
Versorgungsleitungen 5A und 5B, die von einer entfernten (nicht dargestellten) Farbwechselventilanordnung
durch den Arm 1 hindurch zu einer am Armende angeordneten Molchstation 6 geführt sind
und insbesondere aus mehrlagigen Schläuchen der in der DE 102 39 516 beschriebenen
Art bestehen können. Die Farbwechselventilanordnung ist ihrerseits an ein zumindest
teilweise außerhalb der Beschichtungsmaschine befindliches Versorgungssystem angeschlossen,
zu dem bis zu dem Farbwechsler führende Ringleitungen gehören können. Zur Verbindung
der gemolchten Versorgungsleitungen 5A und 5B mit den durch das Handgelenk 2 führenden
Leitungen 4A und 4B ist in oder an der Molchstation 6 eine nur schematisch dargestellte
Steuerventilanordnung 7 vorgesehen.
[0018] Die von der Molchstation 6 zum Zerstäuber 3 führenden Verbindungsleitungen 4A und
4B bestehen erfindungsgemäß jeweils aus einem Quetschschlauchsystem der in der WO
03/086671 A1 beschriebenen Art, also aus einem weichelastischen, radial zusammendrückbaren
Innenschlauch und einem den Innenschlauch im Ruhezustand vorzugsweise eng anliegend
umgebenden druckfesten Mantelschlauch. Wie in der Detailansicht X vergrößert dargestellt
ist, kann zwischen den Mantelschlauch 41 und den Innenschlauch 42 durch einen an der
Grenzfläche zwischen ihnen mündenden Kanal 10, der an seinem entgegengesetzten Ende
über ein gesteuertes Ventil 11 an eine Druckleitung 12 angeschlossen ist, ein Druckmedium
wie beispielsweise Druckluft geleitet werden. Der Kanal 10 und das Ventil 11 können
sich innerhalb des Zerstäubers 3 oder an dessen Befestigungsflansch befinden. Aufgrund
der Beschaffenheit der Schläuche 41 und 42 wird durch das Druckmedium der Innenschlauch
42 zu seiner Entleerung in der bekannten Weise zusammengedrückt, wobei das Druckmedium
am entgegengesetzten Ende der betreffenden Leitung 4A durch ein weiteres gesteuertes
Ventil 14 abgeführt werden kann. Der Druck des Druckmediums ist ausreichend höher
bemessen als der in dem Leitungssystem herrschende Lackdruck, gegen den der in dem
Schlauch 42 verbleibende Lack zurückgedrückt werden soll. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform
kann der Innenschlauch 42 aus einem elastomeren Kunststoff wie TPU (thermoplastische
Polyurethane) und der Mantelschlauch aus einem Kunststoff wie PA (Polyamid) oder FEP
(fluoriertes Äthylenpropylen) bestehen. Bei der Wahl des Materials für den Innenschlauch
ist u.a. zu berücksichtigen, dass er bis zu einem Durchgangsquerschnitt von nahezu
Null zusammendrückbar sein soll, die beträchtliche mechanische Belastung ohne Längung
oder sonstige Schäden über eine lange Betriebszeit aushält und außerdem ggf. für ein
verwendetes Lösemittel beständig ist.
[0019] Im Betrieb kann zur Versorgung des Zerstäubers 3 Farblack in einer an sich bekannten
Weise von der erwähnten Farbwechselventilanordnung her etwa durch die gemolchte Versorgungsleitung
5A und die Verbindungsleitung 4A zu dem Zerstäuber gefördert werden, beispielsweise
unter Verwendung eines Kolbendosierers oder einer sonstigen Dosierpumpe. Ist nach
Beendigung des Beschichtungsvorgangs ein Farbwechsel erforderlich, wird die Verbindung
zwischen dem zerstäuberseitigen Ende der Leitung 4A und dem Zerstäuber gesperrt und
der in der Leitung 4A verbliebene Farblack durch Einleiten des Druckmediums durch
das zu diesen Zweck geöffnete Ventil 11 und das dadurch bewirkte Zusammenquetschen
des Innenschlauchs 42 in der bekannten Weise bis zu der Molchstation 6 zurückgedrückt,
von wo er dann von einem dort wartenden Molch durch die Versorgungsleitung 5A in Richtung
zu einer Ringleitung oder einem Behälter des Farbversorgungssystems zurückgemolcht
wird. Nach dem Leerquetschen kann der Innenschlauch 42 in der in der WO 03/086671
A1 beschriebenen Weise gespült werden, was sowohl vom Zerstäuber her als auch von
der Molchstation 6 her möglich ist. Stattdessen ist aber in Anbetracht der Kürze der
sich praktisch nur durch das Handgelenk 2 erstreckenden Leitung 4A und der entsprechend
geringen Menge des nach dem Ausquetschen verbleibenden Lackrests denkbar, auf das
anschließende Spülen zu verzichten und später ohne Weiteres eine andere Farbe hindurchzuleiten.
Während der Entleerung der Leitung 4A in Richtung zur Molchstation 6 kann durch die
zu ihr parallele zweite Leitung 4B bereits eine neue Farbe in Richtung zu dem Zerstäuber
gefördert werden, wonach auch der in dieser Leitung zurückbleibende Lack in der beschriebenen
Weise in die Molchstation 6 zurückgedrückt wird.
[0020] Schon bei Verlegung nur einer einzigen Lackleitung durch das Handgelenk 2 hat die
Erfindung die eingangs erläuterten wesentlichen Vorteile. Bei dem beschriebenen bevorzugten
Ausführungsbeispiel eines A/B-Systems wird die erfindungsgemäß erreichbare Reduzierung
des Platzbedarfs aber besonders deutlich. Betrachtet man die Darstellung des Handgelenks
2 mit den Leitungen 4A und 4B als annähernd maßstabsgerecht, würde das für ein gemolchtes
Verbindungssystem erforderliche Schlauchpaket aus Lack- und Steuerleitungen nahezu
den gesamten Innenraum des selben Handgelenks ausfüllen, so dass die erforderliche
Beweglichkeit nicht mehr gewährleistet wäre und das Handgelenk 2 durch eine größere,
also unerwünscht sperrige Konstruktion ersetzt werden müsste.
1. Verfahren zum Fördern eines Beschichtungsmaterials in einer programmgesteuerten mehrachsigen
Beschichtungsmaschine mit einer Applikationsvorrichtung (3),
bei dem das Beschichtungsmaterial der Applikationsvorrichtung (3) durch mindestens
eine innerhalb der Beschichtungsmaschine gemolchte Versorgungsleitung (5A, 5B) zugeführt
wird, die an ein Versorgungssystem angeschlossen ist,
und bei dem das Beschichtungsmaterial durch eine Verbindungsleitung (4A, 4B) gefördert
wird, die zwischen der gemolchten Versorgungsleitung (5A, 5B) und der Applikationsvorrichtung
(3) durch den Innenraum einer Gelenkkonstruktion (2) der Beschichtungsmaschine hindurchgeführt
ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial durch Verformen eines an seinem Umfang von einem Druckmedium
beaufschlagten Schlauchs (42) der Verbindungsleitung (4A, 4B) durch die Gelenkkonstruktion
(2) gefördert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das nach einem Beschichtungsvorgang in der Verbindungsleitung (4A, 4B) verbliebene
Beschichtungsmaterial durch Verformen der Verbindungsleitung bis in die gemolchte
Versorgungsleitung (5A, 5B) zurückgedrückt und von dort in Richtung zu dem Versorgurigssystem
zurückgemolcht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang eines Innenschlauchs (42) der Verbindungsleitung (4A) zu dessen Verformung
durch ein Druckmedium beaufschlagt wird, das zwischen den Innenschlauch (42) und einen
den Innenschlauch (42) koaxial umgebenden Mantel (41) geleitet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial durch Verformung der Verbindungsleitung (4A, 4B) von der
Beschichtungsvorrichtung (3) durch ein Handgelenk (2) der Beschichtungsmaschine, an
dem die Beschichtungsvorrichtung (3) montiert ist, hindurch bis zu einer Molchstation
(6) zurückgedrückt wird, die sich auf der der Beschichtungsvorrichtung (3) abgewandten
Seite des Handgelenks (2) in der Nähe der Beschichtungsvorrichtung (3) in oder an
einem Arm (1) der Beschichtungsmaschine befindet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Verbindungsleitung (4A, 4B) verbliebene Beschichtungsmaterial nach jedem
Farbwechsel des Beschichtungsmaterials zurückgedrückt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Verbindungsleitung (4A) verbliebenes Beschichtungsmaterial in Richtung
zu der gemolchten Versorgungsleitung (5A) zurückgedrückt wird, während ein anderes
Beschichtungsmaterial durch eine parallel zu der ersten Verbindungsleitung (4A) durch
die Gelenkkonstruktion (2) hindurchgeführte zweite Verbindungsleitung (4B) in Richtung
zu der Applikationsvorrichtung (3) gefördert wird.
7. Programmgesteuerte mehrachsige Beschichtungsmaschine, insbesondere Roboter, für eine
Applikationsvorrichtung (3) zur serienweisen Beschichtung von Werkstücken
mit mindestens einer in einen Arm (1) der Beschichtungsmaschine hineingeführten gemolchten
Versorgungsleitung (5A, 5B) und mit einer von der Versorgungsleitung durch den Innenraum
einer Gelenkkonstruktion (2) der Beschichtungsmaschine zu der Beschichtungsvorrichtung
(3) führenden Verbindungsleitung (4A, 4B),
dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (11, 14) vorgesehen ist, mit der ein Schlauch (42) der Verbindungsleitung
(4A, 4B) durch Beaufschlagung seines Außenumfangs mit einem Druckmedium verformbar
ist, und dass durch die Verformung in dem Bereich zwischen der Applikationsvorrichtung
(3) und einer auf der der Applikationsvorrichtung abgewandten Seite der Gelenkkonstruktion
(2) befindlichen Molchstation (6) in der Verbindungsleitung (4A, 4B) befindliches
Beschichtungsmaterial aus dieser herausdrückbar ist.
8. Beschichtungsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare Verbindungsleitung (4A, 4B) durch ein insbesondere mehrachsiges Handgelenk
(2) der Beschichtungsmaschine, an dem die Beschichtungsvorrichtung (3) montiert ist,
hindurchgeführt und auf der der Beschichtungsvorrichtung abgewandten Seite des Handgelenks
(2) in dessen Nähe an die in einem Arm (1) der Beschichtungsmaschine angeordnete Molchstation
(6) der gemolchten Versorgungsleitung (5A, 5B) angeschlossen ist.
9. Beschichtungsmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Gelenkkonstruktion (2) ein Innenschlauch (42) der Verbindungsleitung
(4A, 4B) koaxial von einem rohr- oder schlauchförmigen Mantel (41) umschlossen ist,
in den das Druckmedium zum Leerdrücken der Verbindungsleitung (4A, 4B) geleitet wird,
wobei der Innenschlauch (42) und der Mantel (41) derart ausgebildet sind, dass bei
der Druckbeaufschlagung nur der Innenschlauch (42) nachgibt.
10. Beschichtungsmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei durch ihre Verformung entleerbare Verbindungsleitungen (4A, 4B) parallel zueinander
durch die Gelenkkonstruktion (2) hindurchgeführt sind.