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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aushärtung einer aus einem Material,
das unter elektromagnetischer Strahlung aushärtet, insbesondere aus einem
UV-Lack oder aus einem thermisch aushärtenden Lack, bestehenden Beschichtung
eines Gegenstandes, insbesondere einer Fahrzeugkarosserie, mit
- a) mindestens einem elektromagnetische Strahlung
erzeugenden Strahler;
- b) einem Fördersystem,
welches den Gegenstand in die Nähe
des Strahlers und von diesem wieder wegführt.
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Unter
UV-Licht aushärtende
Lacke werden bisher hauptsächlich
zur Lackierung von empfindlichen Gegenständen, beispielsweise Holz oder Kunststoff,
eingesetzt. Dort kommt besonders der Vorteil dieser Lacke zum Tragen,
daß sie
bei sehr niedrigen Temperaturen polymerisiert werden können. Hierdurch
wird das Material der Gegenstände vor
Zersetzung oder Ausgasung bewahrt. Die Aushärtung von Beschichtungsmaterialien
unter UV-Licht besitzt jedoch noch weitere Vorteile, welche dieses
Beschichtungsverfahren nunmehr auch für die Anwendung in anderen
Gebieten interessant macht. Dabei handelt es sich insbesondere um
die kurze Aushärtzeit,
die sich insbesondere bei solchen Beschichtungsverfahren, die im
kontinuierlichen Durchlauf arbeiten, unmittelbar in einer Verkürzung der
Anlagenlänge
niederschlägt.
Dies ist mit enormen Kosteneinsparungen verbunden. Gleichzeitig kann
die Einrichtung, mit welcher die in den Innenraum der Vorrichtung
einzubringenden Gase konditioniert werden, verkleinert werden, was
ebenfalls zu Kosteneinsparungen beiträgt. Schließlich ist die niedrige Betriebstemperatur
auch bei solchen Gegenständen,
die an und für
sich höhere
Aushärttemperaturen
vertragen könnten,
aus Gründen
der Einsparung von Energie, und zwar insbesondere thermischer Energie,
von Vorteil.
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Viele
der Gegenstände,
die man gerne mit UV-härtenden
Materialien beschichten würde,
so z.B. Fahrzeugkarosserien, weisen eine stark unebene, oft dreidimensional
gekrümmte
Oberfläche
auf, so daß es
schwierig ist, diese Gegenstände
in den Strahlungsbereich eines UV-Strahlers so einzubringen, daß alle Oberflächenbereiche
etwa denselben Abstand von dem UV-Strahler aufweisen und die UV-Strahlung
etwa unter einem rechten Winkel auf den jeweiligen Oberflächenbereich
des Gegenstandes auftrifft.
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Bekannte
Vorrichtungen der eingangs genannten Art, wie sie bisher in der
Holz- und Kunststoffindustrie eingesetzt werden, sind hierfür ungeeignet,
da hier der oder die UV-Strahler unbeweglich angeordnet waren und
die Ge genstände
von dem Fördersystem
in eine mehr oder weniger fixen Orientierung an dem oder den UV-Strahlern
vorbeigeführt wurden.
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In
jüngster
Zeit wurden zudem Lacke entwickelt, die bei Wärmeeinwirkung in einer Inertgasatmosphäre unter
Ausbildung sehr harter Oberflächen aushärten. Die
Wärme kann
dabei auf unterschiedliche Weise, so etwa durch Konvektion oder
durch Infrarot-Strahler, zugeführt
werden. Im letzteren Falle stellen sich ähnliche Probleme, wie sie oben
für den Einsatz
von UV-Strahlern beschrieben sind. Insbesondere sollten also alle
Oberflächenbereiche
des zu lackierenden Gegenstandes in etwa dem gleichen Abstand an
dem Infrarot-Strahler vorbeigeführt
werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art so auszugestalten, daß auch Beschichtungen auf kompliziert
geformten, stark unebenen Gegenständen, insbesondere Fahrzeugkarosserien,
mit gutem Ergebnis ausgehärtet
werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß das
Fördersystem
einen Hubwagen mit einem Fahrwerk umfaßt, der eine motorisch gegenüber dem
Fahrwerk höhenverstellbare
Hubplattform zur Aufnahme des Gegenstands aufweist, und daß der mindestens
eine Strahler so angeordnet ist, daß der Hubwagen mit dem darauf
aufgenommenen Ge genstand unter dem mindestens einen Strahler hindurchführbar ist.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich mit einem derartigen,
eine höhenverstellbare Hubplattform
aufweisenden Hubwagen auf sehr einfache Weise eine Bewegung in Vertikalrichtung
mit einer Translationsbewegung in Horizontalrichtung überlagern
läßt. Dies
ermöglicht
es, den Gegenstand auf dem Hubwagen unter dem mindestens einen Strahler
hindurchzuführen
und dabei die Höhe
der Hubplattform so zu verändern,
daß der
darauf aufgebrachte Gegenstand an allen Oberflächenbereichen gleichmäßig einer
Strahlungsmenge und einer Strahlungsintensität ausgesetzt wird, wie sie
zur Aushärtung
des Materials erforderlich sind. Eine vollständige Aushärtung tritt nämlich nur
ein, wenn die elektromagnetische Strahlung einerseits mit einer über einem
Schwellenwert liegenden Intensität
auf die Beschichtung auftrifft und andererseits diese Intensität auch über einen
bestimmten Zeitraum hinweg aufrecht erhalten wird. Bei zu geringer
Intensität
kommt eine Polymerisationsreaktion nicht in Gang oder läuft nur
unvollständig
ab; bei zu kurzer Bestrahlung wird – selbst bei ausreichender
Intensität – ebenfalls
nur eine unvollständige
Aushärtung
erzielt.
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Noch
vielseitiger einsetzbar ist ein solcher Hubwagen, wenn gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die Hubplattform
gegenüber
dem Fahrwerk motorisch verkippbar ist. Die Verkippung kann dabei
um eine Querachse des Hubwagens, eine Längsachse des Hubwagens oder auch überlagernd
um beide genannte Achsen erfolgen.
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Eine
Verkippbarkeit um eine Querachse ermöglicht es, auf eine translatorische
Bewegung in der Horizontalrichtung ggfs. zu verzichten, da nun der Gegenstand
in vielen Fällen
noch bezüglich
mehrerer in einer Ebene angeordneter Strahler oder eines großen Flächenstrahlers
so orientiert werden kann, daß zurückgesetzte
Bereiche der nach oben weisenden Oberfläche des Gegenstands noch in
ausreichendem Maße
der elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt werden.
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Eine
Verkippbarkeit um eine Längsachse des
Hubwagens ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn auch seitliche
Strahler vorgesehen sind und der Gegenstand auch an seinen Seitenflächen eine geschwungene
oder in sonstiger Weise stark unebene Kontur aufweist.
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Realisiert
werden kann eine Verkippbarkeit um eine Kippachse beispielsweise
dadurch, daß die Hubplattform
zwei Tragplatten umfaßt,
die durch mindestens einen längenveränderbaren
Stempel voneinander getrennt sind. Bei diesem Stempel kann es sich
beispielsweise um hydraulisch betätigbare Teleskopzylinder handeln.
Eine Verkippbarkeit um zwei Kippachsen erfordert mindestens zwei
Stempel.
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Besonders
bevorzugt wird außerdem
eine Ausführungsform
der Erfindung, bei welcher die Vorrichtung einen Behälter mit
einer Öffnung
aufweist, durch die hindurch der Gegenstand durch Höhenverstellung
der Hubplattform in den Behälter
einführbar ist,
wobei der Innenraum des Behälters
von mindestens einem Strahler mit elektromagnetischer Strahlung
beaufschlagbar ist. Dieser Behälter
sorgt dafür, daß in seitlicher
Richtung keine elektromagnetische Strahlung und keine Gase entweichen
können,
was aus Gesundheitsgründen
für das
Bedienungspersonal zu vermeiden ist. Der Behälter kann dabei als eigenständiges Teil,
als Kanal oder auch als ein entsprechend ausgekleideter Boden- oder
Dachbereich eines Kabinengehäuses
o. ä. ausgebildet
sein.
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Die
Anordnung der Strahler an oder im Behälter kann unterschiedlich sein:
So
ist es möglich,
daß mindestens
ein Strahler in eine Wand, eine Decke oder in einen Boden des Behälters eingebaut
ist. Bei dreidimensional gekrümmten Oberflächen von
zu behandelnden Gegenständen wird
dabei diejenige Lösung
bevorzugt, bei welcher in den gegenüberliegenden, parallel zur
Translationsbewegung der Gegenstände
verlaufenden Seitenwänden
und in mindestens einer der beiden senkrecht zur Translationsbewegung
der Gegenstände verlaufenden
Stirnwände
sowie in eine Decke oder einem Boden des Behälters mindestens ein Strahler eingebaut
ist. Dann lassen sich alle Seiten bzw. Oberflächenbereiche des Gegenstandes
von elektromagnetischer Strahlung problemlos erreichen.
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Am
universellsten einsetzbar ist selbstverständlich diejenige Ausführungsform
der Erfindung, bei welcher an allen Wänden und in einer Decke oder einem
Boden des Behälters
eine Vielzahl von Strahlern angeordnet ist.
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Bei
den obigen Ausführungsformen,
bei denen die Strahler in den Wänden
oder in einer Decke des Behälters
angeordnet sind, bilden die Strahler im wesentlichen Flächenstrahler.
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Es
können
jedoch auch vorteilhaft Strahler eingesetzt werden, die als linienhafte
Strahler ausgestaltet sind. In diesem Falle ist insbesondere eine Ausführungsform
der Erfindung vorteilhaft, bei welcher mehrere Strahler an einem
brückenartigen
Portalgerüst
angeordnet sind, das zwei im wesentlichen vertikale Schenkel und
eine im wesentlichen horizontale Basis aufweist. Der zu behandelnde
Gegenstand wird quasi hier zwischen den vertikalen Schenkeln des
Portalgerüsts "hindurchgefädelt".
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Die
Anordnung der Strahler an den im wesentlichen vertikalen Schenkeln
des Portalgerüsts kann
an den Verlauf der Seitenflächen
des Gegenstandes angepaßt
sein. Damit kann auch bei gekrümmter
Seitenkontur des Gegenstandes eine gleichmäßige und vollständige Aushärtung der
Beschichtung auf den Seitenflächen
des Gegenstandes erzielt werden.
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Wenn
die nach unten weisende Oberfläche des
Gegenstandes stark gekrümmt
ist, so kann es vorteilhaft sein, die An ordnung der Strahler an
der im wesentlichen horizontalen Basis an den Verlauf der nach unten
weisenden Oberfläche
des Gegenstandes anzupassen. Eine solche segmentartige Anordnung
der Strahler an der horizontalen Basis ermöglicht es, den Gegenstand so
an der Anordnung der Strahler vorbeizuführen, daß deren Abstand von der nach
unten weisenden Oberfläche
des Gegenstandes weitgehend konstant bleibt.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn dem Innenraum des Behälters ein Schutzgas zuführbar ist. Das
Schutzgas hat primär
die Funktion, die Anwesenheit von Sauerstoff im Strahlungsbereich
der Strahler zu verhindern, da Sauerstoff insbesondere unter dem
Einfluß von
UV-Licht in schädliches
Ozon umgewandelt werden kann und außerdem den Ablauf der Polymerisationsreaktion
beeinträchtigt.
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Bei
einem Behälter
mit einer nach oben oder zur Seite weisenden Öffnung zum Einführen des
Gegenstandes ist es besonders günstig,
wenn das Schutzgas schwerer als Luft ist. In Betracht kommt hierfür beispielsweise
Kohlendioxid.
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Bei
einem Behälter
mit einer nach unten weisenden Öffnung
zum Einführen
des Gegenstandes ist es besonders günstig, wenn das Schutzgas leichter
als Luft ist. In Betracht kommt hierfür beispielsweise Helium.
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Wenn
in unmittelbarer Nähe
des mindestens einen Strahlers ein Einlaß für das Schutzgas ist, so läßt sich
dieses zugleich als Kühlgas
für die
Strahler nutzen. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann jedoch auch
mindestens ein Einlaß so
ausgerichtet werden, daß das
aus dem Einlaß austretende
Schutzgas unmittelbar auf die augenblicklich bestrahlte Oberfläche gerichtet
wird. Auf diese Weise ist gewährleistet,
daß am
Reaktionsort, an dem die elektromagnetische Strahlung die Aushärtung bewirkt,
der Anteil an unerwünschten
Fremdgasen sehr gering ist.
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Wenn
mindestens einem Strahler auf der dem Gegenstand abgewandten Seite
ein beweglicher Reflektor zugeordnet ist, ist eine zusätzliche
Anpassung der Strahlungsrichtung an den Verlauf der Oberfläche des
zu behandelnden Gegenstandes möglich.
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Der
Behälter
kann zumindest teilweise mit einer reflektierenden Schicht ausgekleidet
sein. Hierdurch können
Strahler mit geringerer Leistung eingesetzt werden.
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Besonders
günstig
ist es dabei, wenn die Schicht uneben ist. Die Reflektionen erfolgen
unter diesen Umständen
unter verschiedenen Winkeln, so daß der Innenraum des Behälters sehr
gleichmäßig mit
elektromagnetischer Strahlung unterschiedlichster Propagationsrichtungen
ausgefüllt
ist.
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Als
Schichtmaterial kommt beispielsweise eine Aluminiumfolie in Betracht,
da diese ein sehr gutes Reflektionsvermögen für elektromagnetische Strahlung
hat und zudem preiswert ist. Außerdem läßt sich
eine unebene Schicht damit auf einfache Weise, nämlich durch Zerknittern der
Aluminiumfolie, realisieren.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
sollte ein Kabinengehäuse
aufweisen, das ein unkontrolliertes Austreten von Gasen und von
elektromagnetischer Strahlung unterbindet. Beides wäre für das Bedienpersonal
gesundheitsgefährdend.
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Am
Ein- und am Auslaß des
Kabinengehäuses
kann jeweils eine Schleuse für
den Hubwagen vorgesehen sein. Diese Schleusen verhindern, daß beim Einfahren
und Ausfahren des Transportwagens in das oder aus dem Kabinengehäuse größere Luftmengen
aus der Außenatmosphäre in das
Kabinengehäuse
gelangen. Außerdem
schützen
die Schleusen Bedienpersonen vor gesundheitsgefährdender elektromagnetischer
Strahlung.
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Bei
Gegenständen
mit Hohlräumen
kann es außerdem
zweckmäßig sein,
einen weiteren Einlaß für Schutzgas
innerhalb der eingangsseitigen Schleuse derart anzuordnen, daß die Hohlräume mit Schutzgas
durchspült
werden, wodurch darin enthaltene Luft verdrängt wird.
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Da
sich jedoch auch mit Schleusen das Eindringen von Luft, insbesondere
von Sauerstoff, in den Innenraum des Kabinengehäuses nicht vollständig unterdrücken läßt, ist
zweckmäßigerweise
eine Einrichtung zur Entfernung von Sauerstoff aus der innerhalb
des Kabinengehäuses
befindlichen Atmosphäre vorgesehen.
Diese Einrichtung kann einen Katalysator zur katalytischen Bindung
des Sauerstoffs, einen Filter zur Absorption oder auch ein Filter
zur Adsorption von Sauerstoff umfassen.
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Wenn
das Beschichtungsmaterial zunächst noch
verhältnismäßig viel
Lösemittel
enthält,
wie dies beispielsweise bei wasserbasierten Lacken der Fall ist,
kann die Vorrichtung zur Entfernung des Lösemittels aus dem Material
der Beschichtung eine Vorwärmzone
aufweisen. Wenn dagegen pulverförmige Materialien
verarbeitet werden sollen, kann die Vorrichtung zur Angelierung
dieses pulverförmigen
Materials eine entsprechende Vorwärmzone besitzen.
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Ferner
kann vorgesehen sein, daß die
Vorrichtung zur Vervollständigung
der Aushärtung
eine Nachwärmzone
aufweist. Die durch die elektromagnetische Strahlung angestoßene Aushärtreaktion kann
dabei in der Nachwärmzone
weiter ablaufen, bis die Beschichtung vollständig ausgehärtet ist.
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Im
Prinzip ist auch eine manuelle Steuerung des Hubwagens möglich, wenn
eine Bedienperson den Bestrahlungsvorgang visuell überwachen
kann und die entsprechenden Hub- und ggfs. Kippbewegungen der Hubplattform
in Abhängigkeit
von der Außenkontur
des bestrahlten Gegenstandes steuert. Vorzugsweise jedoch weist
die Vorrichtung eine Steuerung auf, welche die Höhe der Hubplattform automatisch
in Abhängigkeit
von der nach oben weisenden Außenkontur
des Gegenstandes steuert.
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Die
Höhe der
Hubplattform kann durch die Steuerung derart veränderbar sein, daß während einer
translatorischen Bewegung des Gegenstands an dem mindestens einen
Strahler vorbei der Abstand in Vertikalrichtung zwischen dem Gegenstand
und dem mindestens einen Strahler zumindest annähernd konstant bleibt. Auf
diese Weise ist gewährleistet, daß sämtliche
nach oben weisenden Oberflächenbereiche
des Gegenstandes der gleichen Strahlungsintensität und in etwa der gleichen
Strahlungsmenge, d. h. der gleichen Bestrahlung im photometrischen Sinne,
ausgesetzt werden.
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Die
für eine
derartige Steuerung erforderlichen Raumformdaten des Gegenstandes
können von
einer übergeordneten
Datenverarbeitungsanlage bereitgestellt werden. Die Vorrichtung
kann diese Raumformdaten jedoch auch selbst erfassen. Hierzu ist
eine dem mindestens einen Strahler in Förderrichtung vorgelagerte Meßstation
vorzusehen, durch die Raumformdaten des Gegenstandes erfaßbar sind.
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In
einer besonders einfachen Ausführung umfaßt die Meßstation
lediglich eine oder mehrere Lichtschranken, die vorzugsweise in
unmittelbarer Nähe
des mindestens einen Strahlers angeordnet sind und mit der Steuerung
zusammenwirken. Unterbricht der zu bestrahlende Gegenstand eine
Lichtschranke, so wird in Echtzeit eine entsprechende Ausweichbewegung
des Gegenstands veranlaßt.
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Eine
genauere Erfassung der Raumform ist möglich, wenn die Meßstation
mindestens einen optischen Abtaster aufweist, der beispielsweise
eine Infrarotlichtquelle enthalten kann, durch den der Gegenstand
in mindestens einer Richtung scannerartig abtastbar ist. Eine andere
Möglichkeit,
die Raumform präzise
zu erfassen, bietet die digitale Bildverarbeitung und -erkennung
von Videobildern des Gegenstandes. Die Meßstation weist dann eine Videokamera
und eine Einrichtung zur digitalen Bilderkennung auf.
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Insbesondere
bei den Ausführungsformen, bei
denen der Gegenstand auf dem Hubwagen unter einem Portalgerüst hindurchgeführt wird,
muß der Hubwagen
auch eine translatorische Bewegung ausführen. Da die Beschichtung auf
dem Gegenstand nicht zu kurz der elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt
sein darf, kann diese translatorische Bewegung nicht beliebig schnell
ausgeführt
werden. Wird ein Hubwagen langsam durch das Portalgerüst geführt und
nach Übergabe
des Gegenstands an ein Fördersystem
anschließend
wieder leer an seinen Ausgangsort zurückgefahren, so benötigt dieser
Vorgang eine nicht unbeträchtliche
Zeitdauer.
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Vorteilhaft
ist es deswegen, wenn das Fördersystem
genau einen Hubwagen und eine Fahrbahn für den Hubwagen umfaßt, entlang
derer der mindestens eine Strahler angeordnet ist, wobei eine Aufnahmestation
zur Aufnahme des Gegenstands auf die Hubplattform und eine Abgabestation
zur Abgabe des Gegenstands räumlich
zusammenfallen. Eine derartige Anordnung führt dazu, daß der Hubwagen
mit dem darauf aufgebrachten Gegenstand zweimal, nämlich einmal
in Vorwärts-
und einmal in Rückwärtsrichtung,
an dem mindestens einen Strahler vorbeifährt und dadurch wieder an seinen
Ausgangspunkt zurückkehrt.
Dort kann der Gegenstand von der Hubplattform abgenommen werden,
die dann frei ist für
die Aufnahme eines neuen zu bestrahlenden Gegenstands. Die Verfahrgeschwindigkeit
an dem mindestens einen Strahler vorbei kann bei dieser Ausgestaltung
der Erfindung etwa verdoppelt werden, da alle Oberflächenbereiche
zweimal der elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt werden. Diese
Ausgestaltung der Erfindung benötigt
vergleichsweise wenige Anlagenkomponenten.
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Ein
höherer
Durchsatz kann erzielt werden, wenn das Fördersystem mindestens zwei
Hubwagen umfaßt,
wobei sich zwischen einer Aufnahmestation zur Aufnahme des Gegenstands
auf die Hubplattform und einer Abgabestation zur Abgabe des Gegenstands
zwei Fahrbahnen für
die Hubwagen derart erstrecken, daß die Hubwagen zwischen der
Aufnahmestation und der Abgabestation in einem geschlossenen Kreislauf
umlaufen können.
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Die
elektromagnetische Strahlung ist bevorzugt UV-Licht oder Infrarot-Strahlung.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnung. Darin zeigen:
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1 eine Vorrichtung zur Aushärtung von UV-Lacken
in einem stark vereinfachten und nicht maßstäblichen Längsschnitt;
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2 eine Vorderansicht eines
Portalgerüsts
mit einem hindurchfahrenden Hubwagen, der eine Kraftfahrzeugkarosserie
trägt;
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3a bis 3c einen Ausschnitt aus der 1 für unterschiedliche Phasen während des Durchfahrens
des Hubwagens durch das Portalgerüst;
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4 ein Hubwagen, bei dem
sich eine darauf auf gesetzte Fahrzeugkarosserie in einer Querrichtung
verkippen läßt;
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5 eine der 2 entsprechende Darstellung, bei der
eine von dem Hubwagen getragene Fahrzeugkarosserie um eine Längsachse
verkippt ist;
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6a und 6b stark vereinfachte Draufsichten auf
einen Innenraum eines Kabinengehäuses
gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten.
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In
der 1 ist eine Vorrichtung
zur Aushärtung
von UV-Lacken in einem stark vereinfachten und nicht maßstäblichen
Längsschnitt
gezeigt und insgesamt mit 10 bezeichnet. Die beispielhaft
dargestellte Aushärtvorrichtung 10 ist
Teil einer Lackieranlage, die dazu vorgesehen ist, eine Mehrschichtlackierung auf
vormontierte Fahrzeugkarosserien 12 aufzubringen.
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Die
Aushärtvorrichtung 10 umfaßt ein an
sich bekanntes Rollenbahn-Fördersystem
für die
Fahrzeugkarosserien 12, das eine Rollenbahn 14,
die durch eine noch zu beschreibende Öffnung 15 in zwei
Teilsegmenten 14a und 14b unterteilt ist, und darauf
aufliegende Träger 16 für die Kraftfahrzeugkarosserien 12 umfaßt. Derartige,
auch als Skid-Träger bezeichnete
Träger
weisen kufenartige Gleiter auf, mit denen sie auf der Rollenbahn 14 aufliegen.
Da ein solches Rollenbahn-Fördersystem
an sich im Stand der Technik bekannt ist, wird auf die Darstellung
weiterer Einzelheiten verzichtet.
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Mit
Hilfe des über
die Aushärtvorrichtung 10 hinausreichenden
Rollenbahn-Fördersystems
können
die Fahrzeugkarosserien 12 der Aushärtvorrichtung 10 zugeführt und
zwischen den einzelnen Stationen der Aushärtvorrichtung 10 transportiert
werden. Bei diesen Stationen handelt es sich um eine Vorwärmzone 18,
eine Bestrahlungsvorrichtung 20 sowie um eine Nachwärmzone 22.
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Die
Vorwärmzone 18 und
die Nachwärmzone 22 enthalten
jeweils mit 24 bzw. 26 angedeutete und als Heißluftheizungen
ausgeführte
Heizeinrichtungen. Alternativ kommt eine Beheizung durch IR-Strahler
oder mit Hilfe eines Magnetrons zur Erzeugung von Mikrowellen in
Frage. Die Vorwärmzone 18 kann
je nach Art des Beschichtungsmaterials unterschiedliche Funktionen
ausführen.
Handelt es sich bei diesem Material um lösemittelbasierte Stoffe, beispielsweise
um einen Wasserlack, werden hier die Lösemittel weitestgehend entfernt.
Handelt es sich um ein Pulvermaterial, so dient die Vorwärmzone 18 dazu,
das Pulver anzugelieren und auf diese Weise bereit zur Polymerisation
zu machen.
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Die
Bestrahlungsvorrichtung 20 umfaßt ein Kabinengehäuse 28,
das so ausgeführt
ist, daß weder
ein Gasaustausch mit der Umgebung noch ein Austreten von UV-Licht
möglich
ist. Um die Vorgänge in
einem Innenraum 30 des Kabinengehäuses 28 von außen beobachten
zu können,
sind an den Außenwänden des
Kabinengehäuses 28 Fenster 32 eingelassen,
die für
sichtbares Licht durchlässig,
für UV-Licht
jedoch undurchlässig
sind.
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Um
einen Austausch von Gasen mit der Umgebung zu unterbinden und das
Bedienpersonal vor UV-Licht zu schützen, weist die Bestrahlungsvorrichtung 20 ferner
eine Einlaßschleuse 34 und
eine Auslaßschleuse 36 auf,
die die Träger 16 mit
den darauf befestigten Fahrzeugkarosserien 12 beim Hineinfahren
in den Innenraum 30 sowie beim He rausfahren aus diesem
passieren müssen.
Die Einlaßschleuse 34 und
die Auslaßschleuse 36 sind
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
jeweils als Doppelschleusen mit zwei beweglichen Rolltoren 341, 342 bzw. 361, 362 ausgebildet.
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In
den Innenraum 30 des Kabinengehäuses 28 ist eine Decke 37 derart
eingezogen, daß der
darunterliegende Teil des Innenraum 30 eine Art Behälter 38 bildet.
Die Decke 37 enthält
die oben bereits erwähnte Öffnung 15, über die
hinweg die Rollenbahn 14 unterbrochen ist. Alternativ zu
dieser Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, daß auf die
Decke 37 verzichtet wird und statt dessen in dem dann freien
Innenraum 30 ein separater, als Wanne ausgebildeter Behälter aufgestellt
wird, über
den sich ein Teil einer Rollenbahn 14 erstreckt.
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Der
Behälter 38 ist,
unabhängig
von der Art seiner Ausführung,
mit einem Schutzgas befüllbar, das
in einem Gasbehälter 40 gespeichert
und über eine
in den Boden des Behälters 38 mündende Leitung 42 einleitbar
ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei dem Schutzgas um Kohlendioxid, da dieses im
gasförmigen
Zustand schwerer ist als Luft und somit den nach oben offenen Behälter 38 ähnlich wie
eine Flüssigkeit
füllt.
Die Menge des über
die Leitung 42 zugeführten
Schutzgases steht mit der Menge des Schutzgases, das unter anderem über die
Einlaß-
und Auslaßschleusen 34 bzw. 36 entweicht,
in einem dynamischen Gleichgewicht.
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Ferner
ist der Innenraum 30 mit einem Regenerationskreislauf 42 verbunden,
der die Aufgabe hat, Sauerstoff, der über die Fahrzeugkarosserien 12 in
den Innenraum 30 eingebracht wird oder beim Öffnen der
Einlaßschleuse 34 oder
der Auslaßschleuse 36 eindringt,
aus der in dem Innenraum 30 herrschenden Atmosphäre zu entfernen.
Hierzu wird dem Innenraum 30 über eine Leitung 43 ständig Gas
entnommen und beispielsweise über
einen Katalysator 39 geführt, der den Sauerstoff katalytisch
bindet. Ein Teil dieses Gases wird über die Leitung 47 wieder
in den Innenraum 30 des Kabinengehäuses 28 zurückgegeben,
während
ein anderer Teil über
eine Leitung 51 in die Außenatmosphäre entlassen wird.
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Auf
einer Bodenfläche 45 des
Behälters 38 ist
ein insgesamt mit 46 bezeichneter Hubwagen aufgesetzt und
translatorisch in einer mit einem Doppelpfeil 48 angedeuteten
Richtung verfahrbar, wozu ein auf dem Hubwagen 46 angeordneter
und in der 1 nicht näher dargestellter
Antrieb dient. Der Hubwagen 46 weist ein Fahrwerk 50 sowie
eine Hubvorrichtung 52 auf, wie sie an sich im Stand der
Technik bekannt ist und die beispielsweise als hydraulisch oder
elektrisch angetriebener Scherentrieb ausgeführt sein kann. Die nach oben
weisende Ebene der Hubvorrichtung 52, die zur Aufnahme
von Trägern 16 dient,
bildet eine Hubplattform 54. Bei einer als Scherentrieb
ausgebildeten Hubvorrichtung 52 kann diese Hubplattform 54 auch
aus einem die Scherenschenkel beweglich verbindenden Rahmen bestehen;
der Begriff "Plattform" muß also nicht zwangsläufig eine durchgehende
Fläche
implizieren. Mit Hilfe der Hubvorrichtung 52 kann die Hubplattform 54 in
der mit einem Doppelpfeil 49 angedeuteten Richtung vertikal verfahren
werden.
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In
dem Behälter 38 ist
ferner ein Portalgerüst 44 angeordnet,
dessen Einzelheiten nachfolgend mit Bezug auf die 2 erläutert
werden.
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In
der 2 ist das Portalgerüst 44 in
einer Vorderansicht in vergrößerter Darstellung
gezeigt. Das Portalgerüst 44 überspannt
brückenartig
einen für
die Fahrt des Hubwagens 46 vorgesehenen Fahrweg 56 auf
der Bodenfläche 45 des
Innenraums 30. An dem Portalgerüst 44 sind ein UV-Licht erzeugender
Dachstrahler 58, ein Paar zu beiden Seiten der Fahrbahn 56 angeordnete
untere UV-Licht erzeugende Seitenstrahler 60a, 60b sowie
ein Paar zu beiden Seiten der Fahrbahn 56 angeordnete obere
UV-Licht erzeugende Seitenstrahler 62a, 62b befestigt.
Der Dachstrahler 58 sowie die vier Seitenstrahler 60a, 60b und 62a, 62b,
enthalten jeweils, wie dies für
den Dachstrahler 58 näher
mit Bezugsziffern bezeichnet ist, eine stabförmige Lichtquelle 64.
Jedem UV-Strahler ist außerdem
ein Reflektor 66 zugeordnet. Die stabförmige Lichtquelle 64 kann
dabei auch durch eine Vielzahl annähernd punktförmiger Einzellichtquellen
ersetzt sein.
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Die
UV-Strahler 58, 60a, 60b, 62a und 62b sind
so an dem Portalgerüst 44 befestigt,
daß ihre Anordnung
ungefähr der
Außenkontur
der Fahrzeugkarosserie 12 entspricht. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
sind die beiden unteren Seitenstrahler 60a, 60b motorisch
verstellbar an den beiden oberen Seitenstrahlern 62a bzw. 62b angelenkt,
wodurch sich diese unteren Seitenstrahler 60a, 60b an die
Form der unteren Hälfte
der Fahrzeugkarosserie 12 automatisch anpassen lassen,
während
diese das Portalgerüst 44 auf
dem Hubwagen 46 durchfährt.
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Zum
Aushärten
von UV-Lack, der sich an Innenflächen
der Fahrzeugkarosserie 12 befindet und von außen her
durch die UV-Strahler 58, 60a, 60b, 62a, 62b nicht
erreichbar ist, kann ein zusätzlicher UV-Strahler
eingesetzt werden, der von einem beweglichen, in den Innenraum der
Fahrzeugkarosserie 12 einführbaren Roboterarm (nicht dargestellt)
gehalten wird.
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Im
Bereich der Bodenfläche 45 unter
dem Portalgerüst 44 sind
mit der Leitung 42 (siehe 1) verbundene
Austrittsdüsen 68a, 68b eingelassen, aus
denen während
des Betriebs Kohlendioxid als Schutzgas in den Spalt zwischen den
UV-Strahlern 58, 60a, 60b, 62a, 62b und
der Fahrzeugkarosserie 12 eingeblasen werden kann. Dieses
Schutzgas dient einerseits der Kühlung
der UV-Strahler 58, 60a, 60b, 62a, 62b und
verdrängt
andererseits unerwünschte
sauerstoffhaltige Restgase, die unter dem Einfluß von UV-Licht zur Ozonbildung führen und
die Polymerisationsreaktion beeinträchtigen können.
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In
der näheren
Umgebung des Portalgerüsts 44 ist
der Behälter 38 mit
einer zerknüllten
Aluminiumfolie 73 ausgekleidet, um eine hohe Lichtreflexion zu
erzielen.
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Die
vorstehend beschriebene Aushärtvorrichtung 10 arbeitet
wie folgt:
Es sei angenommen, daß in einer vorgeschalteten Beschichtungseinrichtung
der Lackieranlage bereits mehrere Lackschichten aufgetragen worden
sind. Bei der obersten Lackschicht handelt es sich um einen Klarlack,
der als Pulver auf die bereits vorhandenen Lackschichten aufgebracht
ist. Unter dem Einfluß von
UV-Licht polymerisiert der Klarlack und härtet auf diese Weise aus. Voraussetzung
hierfür
ist zum einen, daß der
pulverförmige
Lack zuvor in einen quasi-flüssigen,
gelartigen Zustand überführt wird.
Hierzu dient die Vorwärmzone 18,
in der eine darin eingebrachte Fahrzeugkarosserie 12 auf
eine Temperatur von etwa 90°C
erhitzt wird. Bei dieser Erweichungstemperatur geht das Pulver in
den erwähnten
gelartigen Zustand über.
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Von
der Vorwärmzone 18 wird
der Träger 16 mit
darauf aufgesetzter Fahrzeugkarosserie 12 auf der Rollenbahn 14 zu
der Einlaßschleuse 34 gefahren.
Parallel dazu wird der unbeladene Hubwagen 46 in die in 1 gezeigte Position gebracht
und die Hubplattform 54 soweit angehoben, bis sie sich
auf der Höhe
der Rollenbahn 14 befindet. Sodann passiert der Träger 16 mit
der Fahrzeugkarosserie 12 nacheinander die beiden Rollentore 341, 342 der
Einlaßschleuse 34 und
gelangt so in den Innenraum 30 des Kabinengehäuses 28.
Dort wird der Träger 16 von
der bereitstehenden Hubplattform 54 des Hubwagens 46 übernommen.
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Anschließend wird
die Hubplattform 54 mit Hilfe der Hubvorrichtung 52 so
weit abgesenkt, daß der
Hubwagen 46 mit der nun darauf angeordneten Fahrzeugkarosserie 12 unter
der Decke 37 entlangfahren kann. Die Fahrzeugkarosserie 12 befindet sich
dabei vollständig
innerhalb der Schutzgasatmosphäre,
die in dem Behälter 38 herrscht.
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Der
weitere Ablauf wird im folgenden anhand der 3a bis 3c geschildert.
Darin ist jeweils in einer an die 1 angelehnten
Darstellung der Innenraum 30 des Kabinengehäuses 28 mit
dem Behälter 38,
dem Portalgestell 44 und dem Hubwagen 46 gezeigt.
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Bei
der in 3a gezeigten
Stellung des Hubwagens ist die Hubplattform 54 noch so
weit angehoben, daß eine
Frontklappe 70 der Fahrzeugkarosserie 12 mit einem
für die
Aushärtung
optimalen Soll-Abstand von z. B. etwa 30 cm von dem Dachstrahler 58 beabstandet
ist, während
sich der Hubwagen 46 in der mit einem Pfeil 72 angedeuteten
Richtung auf der Fahrbahn 56 bewegt. Im Verlauf der weiteren
Vorwärtsbewegung
des Hubwagens 46 wird die Hubplattform 54 so weit
abgesenkt, daß nunmehr das
Dach 74 der Fahrzeugkarosserie 12 den Soll-Abstand
zu dem Dach strahler 58 einnimmt. Dieser Zustand ist in
der 3b gezeigt.
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Nach
einer weiteren Vorwärtsbewegung
entlang des Pfeils 72 wird die Hubplattform 54 wieder angehoben,
wie dies durch einen Pfeil 76 angedeutet ist. Dadurch kann
nun auch der Heckklappe 80 in dem Soll-Abstand unter den
Dachstrahler 58 vorbeigeführt werden. Wenn der Hubwagen 46 das
Portalgerüst 44 einmal
in der vorstehend beschriebenen Weise durchmessen hat, wird die
Bewegungsrichtung des Hubwagens 46 umgekehrt. Der anhand
der 3a bis 3c gezeigte Verfahrensablauf
wird dann in umgekehrter Reihenfolge wiederholt. Auf diese Weise
wird jeder Teil der zu den Seiten und nach oben weisenden Oberflächen der
Fahrzeugkarosserie 12 zweimal einer Bestrahlung mit UV-Licht ausgesetzt.
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Nachdem
der Hubwagen 46 wieder seine in 1 gezeigte Ausgangsposition erreicht
hat, wird die Hubplattform 54 mit Hilfe der Hubvorrichtung 52 so
weit angehoben, daß der
Träger 16 mit
der davon getragenen Fahrzeugkarosserie 12 auf das in der 1 rechts gezeigte Teilsegment 14b der
Rollenbahn 14 gefahren werden kann. Der Träger 16 mit der
Fahrzeugkarosserie 12 passiert dann die Auslaßschleuse 36 und
verläßt die Bestrahlungsvorrichtung 20.
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Zum
Abschluß wird
der Träger 16 mit
der Fahrzeugkarosserie 12 noch der Nachwärmzone 22 zugeführt, in
der eine Temperatur von etwa 105°C herrscht.
Dort verweilt die Fahrzeugkarosserie 12 etwa fünf bis zehn
Minuten lang, in denen die Polymerisationsreaktion vollständig zum
Abschluß kommt.
Diese Zeit kann je nach Beschichtungsmaterial stark variieren.
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Zur
Steuerung dieser Vorgänge
ist eine zentrale Steuerung 90 vorgesehen. Sie hat insbesondere
die Aufgabe, die Bewegungen des Hubwagens 46 in der horizontalen
Richtung (Doppelpfeil 48) und auch senkrecht dazu in der
vertikalen Richtung (Doppelpfeil 49) zu steuern. Die Steuerung 90 verfügt hierzu über einen
Speicher 91, in dem Raumformdaten der Fahrzeugkarosserie 12 hinterlegt
sind. Diese Raumformdaten können
z. B. von einer übergeordneten
Datenverarbeitungsanlage abgerufen werden, in der für sämtliche
die Aushärtvorrichtung 10 durchlaufende
Fahrzeugkarosserien 12 einschlägige Daten wie Art und Farbe
der Lackierung und Karosserietyp und -form hinterlegt sind. Es ist
dann lediglich ein Lesegerät
erforderlich, welches den Typ der einlaufenden Fahrzeugkarosserie 12 erkennt,
so daß die
diesem Typ zugeordneten Raumformdaten abgerufen werden können.
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Alternativ
oder zu Kontrollzwecken zusätzlich
hierzu ist es möglich,
die notwendigen Raumformdaten auch mit einer Meßeinrichtung 80 zu
ermitteln, die innerhalb der Einlaßschleuse 34 angeordnet
ist (siehe 1). Die Meßeinrichtung 80 weist ein
U-förmiges
Gerüst
auf, an dem eine Vielzahl optischer Abtaster 82 mit Infrarotlichtquellen
in vertikaler Richtung 49 befestigt sind. Die op tischen
Abtaster 82 erfassen scannerartig die Außenkontur
der Fahrzeugkarosserie 12 bei deren Durchtritt durch die Meßeinrichtung 80.
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Bei
weniger hohen Anforderungen an die Genauigkeit kann es jedoch auch
genügen,
die Meßeinrichtung
als einfache Lichtschrankenanordnung auszuführen, die in unmittelbarer
Nähe des
Portalgerüsts 44 angeordnet
wird. Das Unterbrechen einer Lichtschranke zeigt dann der Steuerung 90 an,
daß sich
die Fahrzeugkarosserie 12 so weit dem Dachstrahler 58 nähert, daß die Hubplattform 54 abgesenkt
werden muß.
Aus einer derartigen Steuerung resultiert eine stufenartig verlaufende
Hub- und Senkbewegung der Hubplattform 54, da die Lichtschranken
keine kontinuierliche Überwachung
der Außenkontur
erlauben.
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In
der 4 ist ein Hubwagen 46' gezeigt, bei
dem auf einer eine erste Ebene bildende Trägerplatte 93, die
auf der Hubvorrichtung 52 aufgesetzt ist, vier eine rechteckige
Anordnung bildende Stempel 92 angeordnet sind. Die Stempel 92 sind
hydraulisch teleskopierbar und können
unabhängig
voneinander ausgefahren werden. Die oberen Enden der Stempel 92,
die eine zweite Ebene 95 bilden, tragen den Träger 16.
Auf diese Weise ist es möglich,
den Träger 16 mit
der darauf aufgesetzten Fahrzeugkarosserie 12 sowohl um
eine Querachse, wie dies in der 4 durch
einen Doppelpfeil 94 angedeutet ist, als auch um eine Längsachse
des Hubwagens 46 zu verkippen.
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Eine
derartige Verkippung um eine Längsachse
ist in der 5 gezeigt,
die weitgehend der 2 entspricht.
Anders als dort sind jedoch die Seitenstrahler 60a, 60b und 62a, 62b vertikal
ausgerichtet. Eine gleichmäßige Bestrahlung
der Seitenflächen der
Fahrzeugkarosserie 12 wird hier durch deren Verkippung
um ihre Längsachse
erzielt.
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Die 6a und 6b zeigen in einer Draufsicht den Innenraum 30 gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei dem zwei Hubwagen 461, 462 im
Umlaufbetrieb Fahrzeugkarosserien 12 durch das Portalgerüst 44 transportieren.
Es können auch
mehr als zwei Hubwagen durch die Anlage bewegt werden, so daß die Fahrzeuge
in kurzem Taktabstand durch das Portalgerüst transportiert und bestrahlt
werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind außerdem
zwei Fahrbahnen 561, 562 vorgesehen, die durch
eine Trennwand 96 voneinander getrennt sind. Zwischen den
beiden Fahrbahnen 561 und 562 kann im Bereich
der beiden Stirnseiten des Innenraums 30 eine Verbindung
geschaffen werden, indem Schiebetüren 98, 100 in
die Trennwand 96 eingefahren werden, wie dies in der 6b gezeigt ist.
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Der
Umlaufbebetrieb der beiden Hubwagen 461 und 462 läuft dabei
wie folgt ab:
Während
eine Fahrzeugkarosserie 12 auf dem ersten Hubwagen 461 durch
das Portalgerüst 44 gefahren
und dabei dem UV-Licht ausgesetzt wird, befindet sich der zweite
Hubwa gen 462 auf der benachbarten Fahrbahn 562 auf
dem Rückweg.
Wenn der erste Hubwagen 461 mit der Fahrzeugkarosserie 12 das Portalgerüst 44 passiert
hat und die bestrahlte Fahrzeugkarosserie 12 am Ende der
Fahrbahn 561 übergeben
hat, wird die Schiebetür 100 geöffnet, so
daß der
Hubwagen 461 seitlich auf die benachbarte Fahrbahn 562 gefahren
werden kann. Gleichzeitig fährt
in einer Gegenbewegung der leere Hubwagen 462 durch die
inzwischen ebenfalls geöffnete
Schiebetür 98 hindurch
von der zweiten Fahrbahn 562 auf die erste Fahrbahn 561.
In dieser Position kann der zweite Hubwagen 462 mit einer
zu bestrahlenden Fahrzeugkarosserie 12 beladen werden.
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Die
obigen Ausführungsbeispiele
werden zum Aushärten
von Lacken unter UV-Licht eingesetzt. Sie lassen sich aber auch
bei solchen Lacken verwenden, die unter Wärmeeinwirkung, insbesondere
in einer Inertgasatmosphäre,
also beispielsweise in einer CO2- oder Stickstoffatmosphäre, aushärten. Es
brauchen dann im wesentlichen nur die beschriebenen UV-Strahler
durch IR-Strahler ersetzt zu werden. Andere mit dem Wechsel der
elektromagnetischen Strahlung verbundene konstruktive Anpassungen
sind dem Fachmann bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu
werden.