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Die
Erfindung betrifft eine Lackiereinrichtung für ein flächiges, eine Schmalseite aufweisendes Werkstück mit einer
Werkstückhalterung,
die das Werkstück
fixiert, und einer durch einen Bewegungsantrieb verlagerbaren und
der Schmalseite des Werkstücks
gegenüber
ausrichtbaren Lackausgabeeinrichtung.
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Es
gibt Lackieraufgaben, bei denen ein flächiges Werkstück, beispielsweise
ein Blech, nur an seiner Schmalseite oder Kante lackiert werden
soll. Eine derartige Aufgabenstellung ergibt sich beispielsweise
dann, wenn ein blechartiges Werkstück aus einem bereits lackierten
Blech ausgestanzt wird. Bei diesem lackierten Blech kann es sich
entweder um eine lackierte Blechtafel handeln oder um ein Blech, das
in lackiertem Zustand auf ein Coil aufgewickelt wird. In diesem
Fall ist nach einem Stanzvorgang das Werkstück auf dem überwiegenden Teil seiner Oberfläche lackiert.
Unlackiert und damit ungeschützt
verbleiben die beim Stanzen entstandenen Kanten, die die Schmalseite
bilden. Das Lackieren einer derartigen Schmalseite ist technisch
noch nicht zufriedenstellend gelöst.
Die Fläche,
die der Lack treffen muss, ist relativ schmal. Dadurch werden erhöhte Anforderungen
an die Zielgenauigkeit der Lackausgabeeinrichtung gestellt. Man
möchte
auch vermeiden, dass zusätzlicher
Lack auf bereits lackierte Oberflächen gelangt. Dementsprechend
kann die Lackausgabeeinrichtung den Lack auch nicht mit einem beliebigen Überschuss
ausbringen, um die Schmalseite zu treffen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zielgerichtet nur die Schmalseite
eines flächigen Werkstücks zu lackieren.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Lackiereinrichtung der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass
der Bewegungsantrieb die Lackausgabeeinrichtung mit einem Abstand
von 0,2 bis 10 cm zwischen einer Ausgabeöffnung der Lackausgabeeinrichtung und
der Schmalseite führt
und die Lackausgabeeinrichtung mit einer Hochspannungserzeugungseinrichtung
verbunden ist, die eine Spannungsdifferenz zwischen der Lackausgabeeinrichtung
und dem Werkstück
erzeugt.
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Mit
dieser Lackiereinrichtung ist ein Lackauftrag in unzerstäubtem Zustand
auf die Schmalseite eines flächigen
Werkstücks,
beispielsweise auf die bei einem Stanzvorgang entstandene Kante,
mit einer hohen Zuverlässigkeit
und Zielgenauigkeit möglich.
Die Lackausgabeeinrichtung wird in einem relativ geringen Abstand
von 0,2 bis 10 cm zur Schmalseite geführt, was die Flexibilität der Handhabung
erleichtert. Das elektrische Feld zwischen der Lackausgabeeinrichtung
und der blanken, also noch unlackierten Schnittkante des Werkstücks bewirkt
die gezielte Führung
des Lacks genau auf diese Schnittkante, während die schon lackierten
Seitenflächen nicht
lackiert werden. Selbst bei einem kleineren seitlichen Versatz zwischen
der Lackausgabeeinrichtung und der Schmalseite gelangt der durch
die Lackausgabeeinrichtung ausgegebene unzerstäubte Lackstrahl dennoch zur
Schmalseite, weil er dem elektrischen Feld folgt. Durch den geringen
Abstand zwischen der Lackausgabeeinrichtung und dem Werkstück kann
die verwendete Hochspannung relativ niedrig gehalten werden, so
dass man einerseits sehr kleine zusätzliche elektrische Ströme benötigt und andererseits
das Gefährdungspotential
für Bedienungspersonen
klein bleibt.
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Vorzugsweise
ist die Lackausgabeeinrichtung mit einer Lackquelle verbunden, die
einen thixotrop eingestellten Lack enthält. Ein thixotrop eingestellter
Lack ist zunächst
fließfähig, d.
h. er kann durch die Lackausgabeeinrichtung in flüssiger oder pastöser Form
ausgegeben werden. Sobald er auf der Schmalseite des Werkstücks zur
Ruhe kommt, verringert sich seine Fließfähigkeit relativ schnell ganz
erheblich, so dass er von der Schmalseite nicht mehr herunterfließen kann
und andere Bereiche des Werkstücks
verunreinigt.
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Vorzugsweise
ist der Lack lösungsmittelfrei ausgebildet.
Man muss also nicht abwarten, bis ein Lösemittel verdunstet oder auf
andere Weise entwichen ist, bevor der Lack die gewünschten
Eigenschaften aufweist und insbesondere an der Stelle verbleibt,
auf die er aufgetragen worden ist.
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Vorzugsweise
ist die Lackquelle mit dem Bewegungsantrieb verbunden und weist
eine Dosiereinrichtung auf, die eine Ausgabemenge in Abhängigkeit
von einer vom Bewegungsantrieb vorgegebenen Geschwindigkeit ausgibt.
Dadurch, dass man die ausgegebene Lackmenge auf den Bedarf, also
die zu lackierende Fläche,
mit anderen Worten die Kantenlänge,
anpasst, wird eine zusätzliche
Sicherheit dagegen gegeben, dass überschüssiger Lack von der Schmalseite
herunterläuft
und andere Bereiche des Werkstücks
verschmutzt. Da es sich nur um eine Schmalseite handelt, reichen
relativ geringe Lackmengen aus. Die Abhängigkeit zwischen der Bewegungsgeschwindigkeit
und der Ausgabemenge kann dabei auch die Breite der zu lackierenden
Fläche
berücksichtigen.
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Vorzugsweise
ist die Ausgabeöffnung
an der Spitze einer Hohlnadel angeordnet. Die Spitze der Hohlnadel
ist vorzugsweise abgeschrägt,
bevorzugterweise aber auch scharfkantig ausgebildet. Eine Hohlnadel
kann mit einem relativ geringen Außendurchmesser gestaltet werden,
so dass man mit der Hohlnadel auch an Bereiche des Werkstücks gelangen
kann, die ansonsten schwer zugänglich
sind. Unter Zuhilfenahme einer Hohlnadel kann man also auch Schmalseiten
von Blechen lackieren, die nach dem Stanzen eine kompliziertere
Außenkontur
haben. Eine Hohlnadel weist darüber
hinaus eine Ausgabeöffnung
auf, die in Abhängigkeit
vom Außendurchmesser
der Hohlnadel ebenfalls relativ klein ist. Man erzeugt also einen
sehr dünnen
Lackstrahl oder -strom, der aufgrund des elektrischen Feldes unzerstäubt mit
hoher Zuverlässig keit
die Schmalseite trifft. Auf diese Weise ist die Lackierung der Schmalseite eines
Werkstücks
gezielt möglich.
Je scharfkantiger die Hohlnadel ist, desto besser ist ihre Eignung
als Elektrode.
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Auch
ist von Vorteil, dass die Spannungserzeugungseinrichtung eine Spannungsdifferenz
im Bereich von 5 bis 40 kV erzeugt. In vielen Fällen werden auch 30 kV ausreichen.
Dies ist eine wesentlich geringere Spannung als bei einer elektrostatischen Lackierung,
bei der man normalerweise eine elektrische Spannung bis zu 100 kV
verwendet und bei der der Lack zerstäubt werden muss, um die zerstäubten Lackpartikel
elektrostatisch aufladen zu können.
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Vorzugsweise
weist die Spannungserzeugungseinrichtung eine Strombegrenzungseinrichtung
auf, die eine Stromstärke
auf maximal 0,7 mA begrenzt. Diese Ausgestaltung hat zwei Vorteile. Zum
einen wird der Energieverbrauch klein gehalten, weil die Spannungserzeugungseinrichtung
in Abhängigkeit
von der verwendeten Spannung maximal 10 bis 40 Watt verbraucht.
Zum anderen wird auch eine Gefährdung
von Bedienungspersonen ausgeschlossen, weil ein begrenzter Strom
von 0,7 mA nach internationalen Normen als berührungssicher gilt.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass die Strombegrenzungseinrichtung als ohmscher
Widerstand ausgebildet ist. Ein ohmscher Widerstand ist leicht zu
kontrollieren. Er weist ein geringes Beschädigungsrisiko auf.
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Vorzugsweise
ist der Bewegungsantrieb als Roboter ausgebildet, der die Ausgabeöffnung senkrecht
zur Schmal seite des Werkstücks
führt.
Damit lässt
sich sicherstellen, dass man immer eine ausreichende und genau zu
dosierende Menge von Lack auf die Schmalseite aufträgt. Die
Lackierbedingungen werden über
die gesamte Länge
der Schmalseite gleich gehalten.
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Auch
ist von Vorteil, wenn eine Entgratungseinrichtung mit der Lackausgabeeinrichtung
verbunden ist. Wenn das Werkstück
aus einem Blech ausgestanzt wird, das von einem Coil abgezogen wird oder
als Blechtafel vorliegt, dann ergeben sich in manchen Fällen Stanzgrate,
die den Lackauftrag behindern. Insbesondere besteht das Risiko,
dass derartige Stanzgrate zu Koronaentladungen führen und das elektrische Feld
verändern,
so dass der Lack nicht mit der notwendigen Zuverlässigkeit
nur die Schmalseite erreicht. Wenn man nun eine Entgratungseinrichtung
mit der Lackausgabeeinrichtung kombiniert, dann nutzt man den Vorteil
aus, dass der Bewegungsantrieb der Lackausgabeeinrichtung bereits
für den
richtigen Weg programmiert ist, um die Schmalseite zu lackieren.
Man kann dann auf einfache Weise die Entgratungseinrichtung den
gleichen Weg entlang führen
und das Werkstück
entgraten. Man kann die Entgratung beispielsweise in einem ersten
Durchgang vornehmen, bei dem die kombinierte Einrichtung entlang
der Schmalseite des Werkstücks
geführt
wird, jedenfalls in einem Bereich, wo später eine Lackierung gewünscht ist.
In einem zweiten Vorgang wird dann die Entgratungseinrichtung deaktiviert
und der Lack durch die Lackausgabeeinrichtung abgegeben.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass die Entgratungseinrichtung eine Andruckeinrichtung
aufweist, die ein Entgratungs element gegen das Werkstück im Bereich
seiner Schmalseite drückt.
Damit werden die Anforderungen an die Genauigkeit, mit der die Lackausgabeeinrichtung
und damit die Entgratungsrichtung relativ zum Werkstück geführt werden
muss, klein gehalten werden. Insbesondere werden die Anforderungen
an die Abstandsgenauigkeit klein gehalten. Es reicht aus, wenn die
Entgratungseinrichtung entlang der Schmalseite des Werkstücks geführt wird und
dabei ein vorbestimmter Abstandsbereich eingehalten wird. Innerhalb
dieses Bereichs ist aufgrund der Andruckeinrichtung gewährleistet,
dass das Entgratungselement die Entgratung mit der notwendigen Kraft
vornehmen kann. Bei dem Entgratungselement kann es beispielsweise
um ein Messer, eine Feile, ein Schleifstein oder ein bewegtes Schleifrad
oder dergleichen handeln.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 ein
schematische Darstellung einer Lackiereinrichtung,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
einer Lackausgabeeinrichtung und
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3 die
Lackausgabeeinrichtung mit Entgratungseinrichtung von der Seite.
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1 zeigt
schematisch eine Lackiereinrichtung 1 mit einer Lackausgabeeinrichtung 2,
die von einem Roboter 3 gehandhabt wird. Der Roboter 3 dient
als Bewegungsantrieb für
die Lackausgabeeinrichtung 2, d. h. er ist in der Lage,
die Lackausgabeeinrichtung 2 entlang einer vorbestimmten
Bewegungsbahn zu führen.
Ein derartiger Roboter 3 ist an sich bekannt und wird daher
nicht weiter erläutert.
Er ist üblicherweise
mit einer Steuerung 4 versehen, in der die Bewegungsbahn
in maschinenlesbarer Form abgespeichert ist.
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Die
Lackiereinrichtung 1 dient dazu, ein Werkstück 5 an
seiner Schmalseite 6 zu lackieren, also mit Lack zu versehen.
Die übrigen
Bereiche des Werkstücks 5 sind
hier bereits lackiert, beispielsweise dadurch, dass das Werkstück 5 zuvor
aus einem vorlackierten Blech ausgestanzt worden ist, das auf einen
Coil aufgewickelt war.
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Dementsprechend
weist die Lackiereinrichtung 1 eine Werkstückhalterung 7 auf,
die beispielsweise mit Klemmbacken 8 versehen sind. Die
Werkstückhalterung 7 fixiert
das Werkstück 5 dergestalt, dass
seine Schmalseite in einer definierten Position gehalten wird und
die Lackausgabeeinrichtung 2 vom Roboter 3 gegenüber der
Schmalseite 6 des Werkstücks 5 in einer für die Applikation
günstigen
Position gehalten und geführt
werden kann.
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Die
Lackausgabeeinrichtung 2 ist in 2 und 3 näher dargestellt.
Sie weist eine Halterung 9 auf, durch die sie mit dem Roboter 3 verbunden
ist.
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Die
Lackausgabeeinrichtung 2 weist eine Hohlnadel 10 auf,
an deren Spitze 11 eine Ausgabeöffnung 12 vorgesehen
ist. Die Ausgabeöffnung
weist einen Durchmesser auf, der etwa einer Dicke der Schmalseite 6 des
Werkstücks 5 entspricht.
Abweichungen sind zulässig.
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Die
Lackausgabeeinrichtung 2 wird vom Roboter 3 so
geführt,
dass die Ausgabeöffnung 12 einen Abstand
D zur Schmalseite 6 einnimmt, der im Bereich von 0,2 bis
10 cm liegt. Dies ist auch bei Stirnseiten 6 möglich, die
einen von einer Geraden abweichenden Verlauf haben, weil der Roboter 3 die
Lackausgabeeinrichtung 2 in mehreren Freiheitsgraden bewegen
kann. Die Lackausgabeeinrichtung 2 ist mit einer Lackquelle 13 verbunden,
die ein Vorratsgefäß 14 aufweist,
das einen vorzugsweise thixotrop eingestellten Lack 15 enthält. Natürlich kann
der Lack 15 auch auf andere Weise zugeführt werden. Das Vorratsgefäß 14 ist
mit einer Dosierpumpe 16 verbunden, die den Lack 15 der
Lackausgabeeinrichtung zufördert.
In der Lackausgabeeinrichtung 2 ist ein Kanal 17 vorgesehen,
der durch ein Ventil 18 verschlossen werden kann. Wenn
das Ventil 18 geöffnet
ist, dann gelangt der Lack 15 durch die Hohlnadel 10 zur Ausgabeöffnung 12.
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2 zeigt
schematisch auch die Steuerung 4, die über den Roboter 3 die
Bewegung der Lackausgabeeinrichtung 2 steuert. Die Steuerung 4 steuert
auch die Lackquelle 13 und zwar so, dass die Dosierpumpe 16 eine
gewünschte
Ausgabemenge des Lacks 15 pro Zeiteinheit in Abhängigkeit
von Kantenbreite, erforderlicher Schichtdicke und Bewegungsgeschwindigkeit
der Lackausgabeeinrichtung auf die Kante des Werkstücks 5 ausgibt.
Damit kann die auf die Schmalseite 6 des Werkstücks 5 ausgegebene Lackmenge
so begrenzt werden, dass im Prinzip kein Lacküberschuss entsteht, der von
der Schmalseite 6 des Werkstücks 5 herabfließen könnte. Auch
die vorzugsweise thixotrope Einstellung des Lacks sichert dagegen,
dass der auf die Schmalseite 6 aufgetragene Lack nach einer
kurzen Ruhezeit noch herabfließen
kann.
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Die
Lackausgabeeinrichtung 2 ist ferner mit einer Hochspannungserzeugungseinrichtung 19 verbunden,
die eine Spannungsdifferenz zwischen der Lackausgabeeinrichtung 2 und
dem Werkstück 5 erzeugt,
die in einer Größenordnung
im Bereich von 5 bis 40 kV liegt. Eine Strombegrenzungseinrichtung 20,
beispielsweise ein ohmscher Widerstand, begrenzt einen Stromfluss
auch bei den angegebenen Spannungsdifferenzen auf maximal 0,7 mA.
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Bei
einer derartigen Lackausgabeeinrichtung kann man beobachten, dass
der in Form eines dünnen
Flüssigkeitsstrahls
oder einer dünnen
pastenartigen Schlange aus der Austrittsöffnung 12 unzerstäubt austretende
Lack sehr genau die Stirnseite 6 des Werkstücks 5 trifft
und zwar auch dann, wenn sich ein kleiner seitlicher Versatz (in 2 nach
links oder nach rechts) zwischen dem Werkstück 5 und der Lackausgabeeinrichtung 2 ergibt.
In diesem Fall wird der Lackfluss durch das elektrische Feld in
seiner Fließrichtung
korrigiert und der Stirnseite 6 des Werkstücks 5 zugeführt.
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Wenn
man ein Werkstück 5 aus
einem Blechcoil ausstanzt, dann tritt gelegentlich die Situation
auf, dass das Werkstück 5 im
Bereich seiner Schmalseite 6 noch einen Grat aufweist.
Es ist dann zweckmäßig, einen
derartigen Grat zu entfernen, damit der Grat einen nachfolgenden
Lackiervorgang der Schmalseite 6 nicht stört.
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Zu
diesem Zweck weist die Lackausgabeeinrichtung 2 eine Entgratungseinrichtung 21 auf,
die gemeinsam mit der Hohlnadel 10 und damit gemeinsam
mit der Ausgabeöffnung 12 relativ
zum Werkstück 5 bewegt
werden kann. Die Entgratungseinrichtung 21 wird damit entlang
der glei chen Bewegungsbahn bewegt, wie auch die Ausgabeöffnung 12.
Die Steuerung 4 wird so programmiert, dass der Roboter 3 die
Ausgabeöffnung
wie auch die Entgratungseinrichtung 21 auf der gleichen
Bahn bewegt, um einerseits die Schmalseite 6 des Werkstücks 5 zu entgraten
und sie andererseits anschließend
auch zu lackieren. Notwendig sind also nur zwei Bewegungsabläufe der
Kombination aus Lackausgabeeinrichtung 2 und Entgratungseinrichtung 21,
nämlich ein
erster Bewegungsablauf zum Entgraten des Werkstücks 5 und ein zweiter
Bewegungsablauf zum Auftragen des Lacks. Die beiden Bewegungsabläufe können in
die gleiche Richtung erfolgen. Es ist aber auch möglich, bei
einem "Hinweg" die Entgratung vorzunehmen
und bei einem "Rückweg" den Lack aufzutragen.
Bei einfachen Bahngeometrien kann die Entgratung und die Lackierung
der Werkstückkante auch
während
desselben Bewegungsablaufs erfolgen.
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Die
Entgratungseinrichtung 21 weist ein Entgratungselement 22 auf,
das beispielsweise als rotierend angetriebener Schleifstein ausgebildet
sein kann. Es ist aber auch möglich,
als Entgratungselement 22 eine Feile, eine Schabekante,
ein Messer oder dergleichen zu verwenden.
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Das
Entgratungselement 22 ist an einem Hebelarm 23 aufgehängt, der
um einen Schwenkpunkt 24 an der Lackausgabeeinrichtung 2 verschwenkt werden
kann, und zwar unter der Wirkung eines Aktuators 25, der
das Entgratungselement 22 mit einer gewissen Vorspannung
gegen das Werkstück 5 drücken kann.
Der Aktuator 25 kann beispielsweise als pneumatischer Zylinder
ausgebildet sein.