[0001] Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage zum Beschichten von Oberflächen von
Werkstücken, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
[0002] Zur Oberflächenbeschichtung und -bearbeitung von Kleinteilen werden verstärkt Lackier-
und Laserprozesse eingesetzt. Das bietet die Möglichkeit, mit kostengünstigen Grundmaterialien
sehr hochwertige Produkte herzustellen. Weiterhin können damit vollkommen neue Oberflächengestaltungstechnologien
schnell umgesetzt werden. Durch die Kombination unterschiedlicher Beschichtungs- und
Beschriftungsprozesse kann schnell eine große Produktvielfalt entwickelt und kostengünstig
hergestellt werden. Dies betrifft viele Produkte z.B. der Automobilzulieferer, der
Elektro-, Pharma-, Medizin- und Kosmetikbranche.
[0003] Neben der Verkürzung der Produktentwicklungszeiten und der kürzer werdenden Produktlebenszyklen
treten mehr Variationen innerhalb einer Produktfamilie auf. Die Stückzahlentwicklungen
gestalten sich damit für den Zulieferer weniger vorhersehbar.
[0004] Da die Anforderungen an die Qualität der Oberflächen ständig steigen, spielt das
Problem der Verschmutzung der Oberflächen während des Herstellungsprozesses eine immer
größere Rolle. Die Prozesse der Oberflächenbeschichtung bestehen aus einer Kombination
mehrer Teilprozesse, z.B. ein oder mehrfaches Lackieren und ein oder mehrfaches Trocknen.
Während dieser Beschichtungsprozesse, der Zwischentransporte und der Zwischenlagerung
sind Staubablagerungen auf den Bauteilen selbst unter günstigsten räumlichen Voraussetzungen
nicht zu vermeiden. Bei kritischen Teilen entstehen dadurch Ausschussraten bis über
30 %. Damit entstehen neben betriebswirtschaftlichen Belastungen auch zusätzliche
Anforderungen an das Recycling der Ausschussteile.
[0005] Insbesondere für kleine und mittlere Stückzahlen ist die Entwicklung einer speziellen
Lackieranlage, mit welcher ein weitestgehender Staubschutz gewährleitstet sein würde,
zu kosten- und zeitaufwändig.
[0006] Bisher werden zur Automatisierung von Lackierprozessen Insellösungen angeboten und
verwendet. So bieten z.B. viele Spritzgussmaschinenhersteller Handlingsysteme zur
Entnahme von Teilen an. Die Lackierung von Kleinteilen wird oft mit Hilfe von Lackierrobotern
realisiert. Hier wird die Lackiervorrichtung, insbesondere die Spritzpistole, über
das feststehende Werkstück bewegt. Für größere Stückzahlen werden Lackieranlagen verwendet.
[0007] Aus der
DE 10 2005 050 877 B3 ist eine derartige Insellösung bekannt, die nicht erweiterbar ist und bei der nur
eine begrenzte Anzahl von Arbeitsschritten möglich ist, da die Arbeitsstationen quasi
im Kreis um den Roboterarm herum angeordnet sind. Bei der
DE 10 2006 022 335 A1 werden die Werkstücke über Schlitten in die Arbeitsstationen bewegt und der Farbauftrag
erfolgt über bewegte Sprühdüsen.
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtungsanlage bereit zu stellen,
mit der auch in Kleinserien hergestellte Werkstücke wirtschaftlich inline, d.h. in
den Produktionsbetrieb integriert, beschichtet werden können.
[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Beschichtungsanlage der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass die Beschichtungszellen, die Beschriftungsstation und Lackierstation
in einer ersten Reihe, dass die Roboterarme in einer zweiten Reihe und dass die Trockenstationen
in einer dritten Reihe angeordnet sind, und dass die drei Reihen parallel nebeneinander
liegen und dass die zweite Reihe zwischen der ersten und der dritten Reihe angeordnet
ist.
[0010] Der Vorteil der Erfindung besteht darin, den gesamten Prozess beginnend bei der Entnahme
oder Aufnahme der Werkstücke oder Kleinteile z.B. aus einem Lager oder einer Spritzgussmaschine
bis hin zum Verpacken der fertig lackierten Teile durchgehend, vollautomatisch und
staubgeschützt zu gestalten. Um trotz vollautomatischer Lösung, die für den wirksamen
Staubschutz erforderlich ist, ausreichend flexibel zu bleiben, wird ein zentral angeordneter
Roboterarm oder ein Robotersystem benötigt, mit dem das Werkstück ergriffen, aktiv
bewegt und dann wieder abgelegt wird. Der wesentliche Vorteil der aktiven Bewegung
des Werkstück durch den Roboterarm besteht darin, dass bei feststehendem Beschichtungswerkzeug,
z.B. bei einem feststehenden Sprühkopf, das Overspray definiert ist und auf ein Minimum
reduziert werden kann, da der zu beschichtende Abschnitt des Werkstücks genau in den
Beschichtungsstrahl gelenkt wird. Bei definiertem Overspray kann dieser Gezielt abgesaugt
werden.
[0011] Nachfolgend wird als Beispiel einer Beschichtung ein Lackier- mit Trocknungsvorgang
beschrieben, dem ein Beschriftungsvorgang folgt. Die Lackier-, Trocknungs- und Beschriftungsprozesse
bestehen aus einer Vielzahl von Teilprozessen. Die zu behandelnden Werkstücke müssen
nacheinander jedem einzelnen Prozess zugeführt werden. Nach Abarbeitung des Prozesses
werden die Werkstücke dem nächsten Prozessschritt zugeführt. Dies erfordert ein permanentes
Handling der Werkstücke. Eine Möglichkeit diese Handhabungsprozesse kurz und effektiv
zu gestalten besteht darin, die zu bearbeitenden Werkstücke auf einem Greifer oder
Werkstückträger anzuordnen. Dieser dient als Träger für alle Handhabungsaufgaben und
technologischen Prozesse.
Auf diese Weise können gleichzeitig auch mehrere Werkstücke gefasst werden, so dass
die Durchlaufzeit pro Werkstück verkürzt wird.
[0012] Werden mehrere Roboterarme verwendet, dann sind diese vorteilhaft zu einem Robotersystem
zusammengefasst und auf einer Traverse angeordnet. Die Traverse des Robotersystems
ist linear zentral zwischen den Arbeitsstationen angeordnet. Auf dieser können sich
mehrere getrennt verfahrbare Roboterarme unabhängig voneinander bewegen. Aufgabe dieser
Roboterarme ist es, die Werkstückträger dem jeweiligen Prozess zuzuführen und alle
notwenigen Bewegungen, die für die jeweiligen Prozesse erforderlich sind, durchzuführen.
Im Teilprozess Lackieren bedeutet dies das Bewegen des Werkstückträgers vor feststehender
Lackiereinrichtung. Ebenso wird z.B. eine Laserbeschriftung mit feststehendem Laser
und mit vom Roboterarm bewegtem Werkstück oder Träger mit Werkstücken ausgeführt.
Der das Werkstück aktiv bewegende Roboterarm oder das Robotersystem ist die zentrale
Lösung für alle Vorgänge beginnend bei der Zuführung der unlackierten Werkstücke bzw.
der Entnahme dieser Werkstücke aus der Spritzgussmaschine bis zum Verpacken bzw. Ablegen
der fertigen Werkstücke.
[0013] Die zu behandelnden Werkstücke werden bei einer Variante auf einem Träger angeordnet.
Mit diesem Träger erfolgen alle weiteren Handhabungsschritte bzw. technologischen
Prozesse. Der Träger ist vorteilhaft für sehr unterschiedliche Anforderungen (Lackieren,
Trocknen mit UV bzw. Infrarot, Laserbeschriftung) ausgelegt und fixiert die Werkstücke
stabil und sicher.
[0014] Um das Gesamtsystem ausreichend flexibel zu gestalten, werden die einzelnen Teilprozesse,
wie Lackieren, Trocknen, Laserbeschriften, in Standardmodulen durchgeführt. Diese
Modullösung bietet Vorteile bei Verfahrensänderungen bzw. Verfahrenserweiterungen.
Sind die Traversen des Robotersystems oberhalb dieser Module angeordnet, erfolgt die
Beschickung der Prozesszellen oder Module von oben. Da eine zentrale Frage des Systems
der Staubschutz ist, werden die Zellen so ausgelegt, dass ein Eindringen von Staub
sowohl bei Transportvorgängen als auch bei prozesstechnischen Vorgängen ausgeschlossen
wird. Dies wird über einen Strömungsvorhang erreicht, der alle Zellenöffnungen verschließt.
Gleichzeitig müssen diese Zellen auch genügend Bewegungsfreiheit für die Roboterarme
ermöglichen, da diese die für den technologischen Prozess erforderlichen Bewegungen
mit dem Träger durchführen. Der Strömungsvorhang wirkt sich hier als nicht hinderlich
aus.
[0015] Durch die feststehenden Sprühköpfe bei bewegten Werkstücken sind die Lackierprozesse
auf dieses Verfahren exakt angepasst. Mit genau sprühenden Lackiervorrichtungen und
optimierten Bewegungsabläufen soll das Overspray in sehr geringen Grenzen gehalten
werden. Die technologischen Prozesse sind mit den Taktzeiten des Gesamtsystems abgestimmt.
Hierdurch wird der Lackverlust auf ein Minimum begrenzt, was Kostenvorteile mit sich
bringt und die Umwelt schont.
[0016] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele im Einzelnen
beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung
und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger
Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigen:
[0017]
- Figur 1
- eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage
mit diversen Modulen und mehreren Roboterarmen;
- Figur 2
- eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage mit an einer
Traverse vorgesehenen Roboterarmen; und
- Figur 3
- eine perspektivische Darstellung der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform.
[0018] In der Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 eine Beschichtungsanlage dargestellt,
bei der eine Spritzgussmaschine 12 einen Werkstückaufnahmebereich 14 bildet. In diesem
Werkstückaufnahmebereich 14 werden die Werkstücke oder Werkstückhalter 76 (Figur 2)
von einem Roboterarm 16 ergriffen und einer Vorbehandlungsstation 18 zugeführt. Der
Roboterarm 16 ist auf einer Traverse 20 verfahrbar geführt, so dass er sowohl in die
Arbeitsbereiche der Spritzgussmaschine 12 als auch der Vorbehandlungsstation 18 gelangen
kann.
[0019] Die Vorbehandlungsstation 18 kann zum Beispiel eine Flammvorrichtung 22, eine Infrarot-Vorbehandlungsstation
24, eine Zonisierurigsstation (nicht dargestellt) oder dergleichen aufweisen, um das
Werkstück für eine anschließende Beschichtung vorzubereiten. Selbstverständlich kann
auch eine Endgratstation oder eine andere mechanische Bearbeitungseinrichtungen vorgesehen
sein. An die Vorbehandlungsstation 18 schließt sich eine erste Beschichtungszelle
26 an, welcher eine zweite Beschichtungszelle 28 folgt. Auf diese Weise können zwei
unterschiedliche Beschichtungslagen übereinander auf das Werkstück aufgebracht werden.
Dabei wird das Werkstück von einem zweiten Roboterarm 30 im Handshake-Verfahren dem
ersten Roboterarm 16 entnommen, der Vorbehandlungsstation 18 zugeführt, anschließend
der ersten Beschichtungszelle 26 zugeführt und danach in einer Trocknerstation 32
abgelegt. Die Vorbehandlungsstation 18, erste Beschichtungszelle 26 und erste Trocknerstation
32 befinden sich im Arbeitsbereich des Roboterarms 30. Der Abstand dieser Stationen
zum Roboterarm 30 ist jedoch groß genug, zum Beispiel 1 m, um der Anforderung für
eine Ex-Schutz-Zone zu genügen. Der Roboterarm 30 ist so ausgebildet, dass er das
Werkstück nach der Übernahme vom Roboterarm 16 in der Vorbehandlungsstation 18 und
in der ersten Beschichtungszelle 26 aktiv so im Raum bewegen kann, dass sowohl in
der Vorbehandlungsstation 18 als auch in der ersten Beschichtungszelle 26 keine beweglichen
Werkzeuge, insbesondere keine beweglichen Sprühköpfe vorhanden sein müssen. Außerdem
kann mit dem Roboterarm 16 beziehungsweise 30 jeweils ein einzelnes Werkstück oder
es können mehrere Werkstücke gleichzeitig ergriffen werden. Auch können Werkstückträger
76 gegriffen werden, in welchen ein oder mehrere werkstücke angeordnet sind.
[0020] In Figur 1 ist erkennbar, dass neben dem Roboterarm 30 ein weiterer Roboterarm 34
vorgesehen ist, in dessen Arbeitsbereich die Trocknerstation 32 sowie die zweite Beschichtungszelle
28 liegt. Da der erste Roboterarm 30 das Werkstück in der Trocknerstation 32 abgelegt
hat, fungiert diese Trocknerstation 32 als Ablagestation 36. Nach dem Beschichten
in der zweiten Beschichtungszelle 28 legt der Roboterarm 34 das Werkstück in einer
zweiten Trocknerstation 38, die ebenfalls als Ablagestation 40 dient, ab. Aus dieser
Ablagestation 40 ergreift ein dritter Roboterarm 42 das Werkstück und führt dieses
einer Beschriftungsstation 44 zu, zum Beispiel einer Laserstation 46. Nach dem Beschriftungsvorgang
kann der Roboterarm 42 das beschriftete Werkzeug in einer Ausgabestation 48 ablegen
oder er legt das Werkstück dort nur zwischen, bis es von einem weiteren Roboterarm
50 ergriffen wird, so dass es einer weiteren Station, zum Beispiel einer Beschichtungsstation
52, zugeführt werden kann, in welcher das Werkstück mit einem Klarlack überzogen wird.
Im Anschluss hieran wird das Werkstück in einer Trocknerstation 54 getrocknet und
schließlich in der Ausgabestation 48 abgelegt, in welcher das Werkstück einzeln oder
zusammen mit anderen Werkstücken verpackt und ausgegeben wird. Vorteilhaft werden
in der Beschriftungsstation 44 sowohl das Werkstück als auch das Beschriftungswerkzeug
bewegt.
[0021] Aus den Figuren 1 und 2 ist deutlich erkennbar, dass die Beschichtungszellen 26 und
28 sowie die Stationen 44, 46 und 52 in einer ersten Reihe 56, die Roboterarme 30,
34, 42 und 50 in einer zweiten Reihe 58 und die Trocknerstationen beziehungsweise
Ablagestationen 32, 38 und 54 beziehungsweise 36 und 40 sowie die Ausgabestation 48
in einer dritten Reihe 60 angeordnet sind, wobei die zweite Reihe 58 zwischen der
ersten Reihe 56 und dritten Reihe 60 liegt. Diese Anordnung erlaubt einen modularen
Aufbau aller Stationen und Roboterarme, so dass die Beschichtungsanlage 10 exakt an
die erforderlichen Prozesse, an die Prozessgeschwindigkeit und an die Anzahl der Werkstücke
angepasst werden kann. Die einzelnen Stationen, Zellen und Roboterarme befinden sich
in einem geschlossenen Raum 62, welcher nicht nur staubfrei, sondern auch klimatisiert
ist, das heißt in welchem eine gewünschte Temperatur, Luftzusammensetzung sowie Feuchtigkeit
herrscht, so dass optimale Bedingungen für die Beschichtungs- und Beschriftungsvorgänge
herrschen. Der Raum 62 kann auch unter Überdruck stehen. Die einzelnen Zellen und
Stationen sind modulartig ausgebildet und besitzen eigene Anschlüsse 64 und 66, zum
Beispiel für die Versorgung von Beschichtungsmaterialien, welche flüssig oder fest
sein können, z.B. Lacke oder Pulver, für die Versorgung mit Wasser und für die Absaugung
von Overspray, Luft und Dämpfen beziehungsweise für die Erzeugung eines Unterdrucks
innerhalb eines jeden Moduls, so dass keine Lackteilchen die Zellen und Module verlassen
können. Außerdem können die Beschichtungszellen 26 und 28, die Beschriftungsstation
44 sowie die Beschichtungsstation 52 in einem Wasserbad 68 stehen, wodurch vagabundierende
Staubteilchen gebunden werden.
[0022] Auch die Trocknerstationen 32, 38 und 54 sind modulartig aufgebaut und mit einheitlichen,
rasterartig angeordneten Anschlüssen 70 und 72 zur Versorgung und Entsorgung von Trocknungsmedien,
wie Warmluft, versehen. In diesen Stationen können aber auch Infrarotstrahler, UV-Strahler
oder andere Trocknungseinrichtungen vorgesehen sein. Zur Versorgung, z.B. mit elektrischer
Energie, weisen die Module ebenfalls einheitliche, rasterartig angeordnete Anschlüsse
auf.
[0023] Anstelle der Spritzgussmaschine 12 können die Werkstücke auch von bereitgestellten
Tabletts oder Werkstückträgern entnommen werden, falls die Werkstücke nicht vor Ort
hergestellt werden.
[0024] Die Figur 2 zeigt eine Beschichtungsanlage 10 mit einem ähnlichen Aufbau, wobei die
Roboterarme 30, 34 und 42 an einer Traverse 74 befestigt sind, so dass sie in Richtung
der zweiten Reihe 58 verfahrbar sind. Die Traverse 74 ist so ausgestaltet, dass sie
mit mehr oder weniger Roboterarmen bestückt werden kann. Es ist auch denkbar, dass
nur ein einziger Roboterarm vorgesehen ist, der Das Werkstück durchgehend führt.
[0025] Wie bereits erwähnt, können die Roboterarme anstelle von Werkstücken auch Werkstückhalter
76 greifen, in welchen ein oder mehrere Werkstücke und sogar unterschiedliche Werkstücke
angeordnet sind. Auf jeden Fall werden die Werkstücke oder Werkstückhalter 76 mittels
der Roboterarme aktiv zumindest innerhalb der einzelnen Zellen und Stationen so bewegt,
dass die Zellen und Stationen keine beweglichen Werkzeuge aufweisen müssen. Insbesondere
wird das Werkstück vor einer Spritzdüse so bewegt, dass das Werkstück vollständig
beschichtet wird, ohne dass es hierfür eine Bewegung der Werkzeuge bedarf.
[0026] Die Figur 3 zeigt eine beispielhafte räumliche Wiedergabe der einzelnen Zellen und
Stationen, wobei der modulartige Aufbau deutlich erkennbar ist. Die Erweiterung der
Beschichtungsanlage 10 kann durch Hinzunahme weiterer Zellen oder Stationen und Verlängerung
des Raums 62 auf einfache Weise erfolgen.
1. Beschichtungsanlage (10) zum Beschichten von Oberflächen von Werkstücken, mit einem
Werkstückaufnahmebereich (14) und wenigstens einer Beschichtungszelle (26, 28) sowie
einem zwischen dem Werkstückaufnahmebereich (14) und der Beschichtungszelle (26, 28)
angeordneten Roboterarm (30), der auch im Bereich einer Trocknerstation (32) angeordnet
ist, wobei die Trocknerstation (32) sich nach der Beschichtungszelle (26) befindet,
und der Roboterarm (30) nach dem Ergreifen des Werkstücks dieses in der Beschichtungszelle
(26) für den Beschichtungsvorgang aktiv bewegt und anschließend in der Trocknerstation
(32) ablegt, wobei während des Beschichtungsvorganges ausschließlich das Werkstück
bewegt wird und das Beschichtungswerkzeug in Ruhe ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungszellen (26, 28), die Beschriftungsstation (44) und Lackierstation
(54) in einer ersten Reihe (56), dass die Roboterarme (30, 34, 42, 50) in einer zweiten
Reihe (58) und dass die Trockenstationen (32, 38, 54) in einer dritten Reihe (60)
angeordnet sind, und dass die drei Reihen (56, 58, 60) parallel nebeneinander liegen
und dass die zweite Reihe (58) zwischen der ersten und der dritten Reihe (56, 60)
angeordnet ist.
2. Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück vom Roboterarm (30) direkt oder indirekt über einen Werkstückhalter
(76) gegriffen ist.
3. Beschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Roboterarm (30) gleichzeitig mehrere Werkstücke gegriffen sind.
4. Beschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungszelle (26) eine Vorbehandlungsstation (18) vorgeschaltet ist, die
insbesondere zum Flammen, Strahlen, Entgraten, Erwärmen und/oder Ionisieren dient.
5. Beschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboterarm (30) das Werkstück im Werkstückaufnahmebereich (14) einem anderen
Roboterarm (16), einem Spritzgusswerkzeug (12) oder einem Ablagesystem entnimmt.
6. Beschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Beschichtungszellen (28, 28) hintereinander angeordnet sind.
7. Beschichtungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Beschichtungszellen (26, 28) jeweils ein oder mehrere Roboterarme (30,
34, 42, 50) angeordnet sind.
8. Beschichtungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Roboterarmen (30, 34, 42, 50) wenigstens eine Trocknerstation (32, 38,
54) vorgesehen ist.
9. Beschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder den Beschichtungszelle(n) (26, 28) eine Beschriftungsstation (44), insbesondere
mit einem Laser (78), nachgeschaltet ist.
10. Beschichtungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschriftungsstation (44) ein Roboterarm (42) zugeordnet und/oder eine Lackierstation
(52) nachgeordnet ist.
11. Beschichtungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lackierstation (52) eine Trockenstation (54) nachgeschaltet ist.
12. Beschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknerstation (32, 38) als Ablagestation (36, 40) ausgebildet ist.
13. Beschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Zellen (26, 28), Stationen (44, 52, 32, 38, 54) und Roboterarme (30, 34, 42,
50) in einem Reinraum (62) angeordnet sind.
14. Beschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungszelle (26, 28), die Beschriftungs-, Lackier- und Trockenstationen
(44, 52, 32, 38, 54) modulartig aufgebaut sind und insbesondere einen den Ex-Schutz
gewährleistenden Abstand zum Roboterarm (30, 34, 42, 50) aufweisen.
15. Beschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (26, 28) und Stationen (44, 52, 32, 38, 54) über Schnellverschlüsse (64,
66, 70, 72) mit Versorgungs- und Entsorgungsleitungen verbindbar sind.