DE102008052102B4

DE102008052102B4 - Vorrichtung zum Vor- und/oder Nachbehandeln einer Bauteiloberfläche mittels eines Plasmastrahls

Info

Publication number: DE102008052102B4
Application number: DE102008052102A
Authority: DE
Inventors: Michael Minkow; Olaf Hoyer; Dr. Gleich Henning; Matthias Schulenburg
Original assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Current assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: US20100096086A1; DE102008052102A1; JP2010097931A; JP5256145B2

Abstract

Vorrichtung zum Vor- und/oder Nachbehandeln einer Bauteiloberfäche mittels eines Plasmastrahls, insbesondere mittels eines Strahls eines atmosphärischen Plasmas, mit einem einen Plasmagenerator mit Spannungs- und Trägergaszuführung bildenden Plasmakopf (1), mit dem ein Düsenrohr (8) einer Plasmadüse (7) verbunden ist, die eine ihr gegenüber elektrisch isolierte Plasmaelektrode (17) des Plasmagenerators umfaßt, strömungstechnisch mit einem Arbeitsgasdurchlaß (19) verbunden ist und an ihrem zum Plasmakopf (1) entgegengesetzten Ende (9) einen Düsenkopf (11) mit einer Austrittsöffnung (12) für den Plasmastrahl aufweist, wobei die Spitze (18) der Plasmaelektrode (17) in Richtung der Längsachse (13) der Plasmadüse (7) gegenüber der Austrittsöffnung (12) des Düsenkopfes (11) zurückversetzt und die Austrittsöffnung (12) des Düsenkopfes (11) für den Plasmastrahl der Plasmadüse (7) zu deren Längsachse (13) in radialer Richtung versetzt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Klebstoffdosierdüse (20) mit mindestens einer Austragsöffnung (24; 25) mm Auftragen mindestens eines Klebstoffs vorgesehen ist, die mit dem Plasmakopf (1) verbunden...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vor- und/oder Nachbehandeln einer Bauteiloberfläche mittels eines Plasmastrahls, insbesondere mittels eines Strahls eines atmosphärischen Plasmas, mit einem einen Plasmagenerator mit Spannungs- und Trägergaszuführung bildenden Plasmakopf, mit dem ein Düsenrohr einer Plasmadüse verbunden ist, die eine ihr gegenüber elektrisch isolierte Plasmaelektrode des Plasmagenerators umfasst, strömungstechnisch mit einem Arbeitsgasdurchlass verbunden ist und an ihrem zum Plasmakopf entgegengesetzten Ende einen Düsenkopf mit einer Austrittsöffnung für den Plasmastrahl aufweist, wobei die Spitze der Plasmaelektrode in Richtung der Längsachse der Plasmadüse gegenüber der Austrittsöffnung des Düsenkopfes zurückversetzt und die Austrittsöffnung des Düsenkopfes für den Plasmastrahl zu deren Längsachse in radialer Richtung versetzt angeordnet ist.
Bei einer aus der WO 92/00658A1 bekannten Vorrichtung der zuvor erwähnten Art in Form eines Plasmabrenners befindet sich dessen Düse innerhalb des gesamten Brennerkopfes und eine mit dem Plasmakopf verbundene Dosierdüse mit mindestens einer Austragsöffnung ist zum Einführen mindestens eines Reaktionsmaterials in den Plasmastrahl vorgesehen. Die Dosierdüse erstreckt sich in Richtung der Längsachse der Plasmadüse durch diese hindurch, wobei mindestens ein von außerhalb des Plasmakopfes zugänglicher Anschluss für eine Dosierung des mindestens einen Reaktionsmaterials vorgesehen ist. Die mindestens eine Austragsöffnung der Dosierdüse ist in Richtung der Längsachse der Plasmadüse über die Austrittsöffnung des Düsenkopfes der Plasmadüse hinaus nach außerhalb versetzt und in Bezug zur Austrittsöffnung für den Plasmastrahl des Düsenkopfes radial einwärts zur Längsachse der Plasmadüse hin versetzt angeordnet.
Bekannt ist ferner aus der US 6 114 646 A bei Plasmatronstrukturen in den aus einer Plasmadüse austretenden Plasmastrom pulverförmiges Material über Zuführungskanäle zu injizieren, um plasmasprayartige Beschichtungen auf Bauteiloberflächen aufzubringen.
Weitere Plasmabrenner ähnlich der eingangs genannten Art zum Vor- und/oder Nachbehandeln einer Bauteiloberfläche mittels eines Plasmastrahls sind in den Druckschriften US 2005/0118350 A1 , US 3 707 615 A und US 2006/00499149 A1 beschrieben.
Ferner dient eine aus der WO 2005/117507 A2 ( PCT/EP2005/005792 ) bekannte Vorrichtung ähnlich der eingangs erwähnten Art zum Entferner einer anorganischen Schicht von einem Bauteil wie z. B. einem Kfz-Scheinwerfer mittels eines auf die anorganische Schicht gerichteten Plasmastrahls, der mit Hilfe einer atmosphärischen Entladung in einem ein reaktives Gas enthaltenen Arbeitsgas zu erzeugen ist. Der Arbeitsgasdurchlass weist eine Mehrzahl Einzelöffnungen auf, die um die Düsenöffnung herum angeordnet sind, um ein entladungsstreamfreies Plasma zu erzeugen. So wird z. B. am Randbereich des Kfz-Scheinwerfers mit der bekannten Vorrichtung eine Fläche freigelegt, auf die mit einer unabhängigen Auftragseinrichtung in einem nachgeschalteten Arbeitsgang ein Klebstoff aufzutragen ist, wenn. die freigelegte Fläche am Randbereich des Kfz-Scheinwerfers mit einer Abdeckplatte verklebt werden soll.
Zum Auftragen von reaktiven Kunststoffen auf eine Bauteiloberfläche ist weiterhin eine Vorrichtung mit einer Auftragseinheit für mindestens eine Komponente bekannt ( DE 20 2005 00 6 266 U1 ), um die herum außen ringförmig mehrere Elemente für eine gleichzeitige Oberflächenvorbehandlung angeordnet sind. Diese Elemente, bei denen es sich um Beflammdüsen, Plasmaerzeuger, Corona Entladeköpfe oder Sprühventile zum Auftragen von Haftvermittlern handeln kann, sind entsprechend der Bearbeitungsrichtung über eine Steuerung zur Oberflächenvorbehandlung zuschaltbar, womit in einem Arbeitsgang eine Fläche um die Auftragseinheit lückenlos vorbehandelt und der Kunststoff anschließend auf die vorbehandelte Oberfläche mittels einer Auftragsdüse der Auftragseinheit aufgetragen werden kann. Die Elemente für die Oberflächenbehandlung können aus geraden Segmenten bestehen und in Quadrat- oder Sechseckform um die Auftragseinheit herum vorgesehen sein.
Bekannt ist schließlich aus der DE 10 2005 018 926 B4 , dass eine Plasmadüse zum Erzeugen eines mittels hochfrequeneter Hochspannung erzeugten, atmosphärischen Plasmastrahls über ein Drehlager mit dem Plasmakopf verbunden ist und kreisringförmige Bahnen beschreiben kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zum Vor- und/oder Nachbehandeln einer Bauteiloberfläche mittels eines Plasmastrahls zur Verfügung zu stellen, mit der eine definierte Behandlung der Oberfläche und ein gleichzeitiges Auftragen mindestens einer Klebstoffkomponente auf die Bauteiloberfläche raum- und zeitsparend und mit hoher Prozesssicherheit gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Klebstoffdosierdüse mit mindestens einer Austragssöffnung zum Auftragen mindesten eines Klebstoffs vorgesehen ist, die mit dem Plasmakopf verbunden ist, sich in Richtung der Längsachse der Plasmadüse durch diese hindurch erstreckt, mindestens einen von außerhalb des Plasmakopfes zugänglichen Anschluss für eine Dosierung des mindestens einen Klebstoffs aufweist und deren mindestens eine Austragsöffnung in Richtung der Längsachse der Plasmadüse über die Austrittsöffnung für den Plasmastrahl des Düsenkopfes der Plasmadüse über den Plasmakopf hinaus nach außerhalb versetzt sowie in Bezug zur Austrittsöffnung für den Plasmastrahl des Düsenkopfes radial einwärts zur Längsachse der Plasmadüse hin versetzt angeordnet ist.
Vorzugsweise ist innerhalb der Dosierdüse eine sich über ihre axiale Länge erstreckende Trennwand vorgesehen ist, durch die die Dosierdüse in zwei jeweils eine Austragsöffnung aufweisende Längskammern unterteilt ist, die jeweils einen von außerhalb des Plasmakopfes zugänglichen Anschluss für die getrennte Dosierung zwei von einander unterschiedlicher Klebstoffkomponenten aufweisen. Die Austrittsöffnung des Düsenkopfes für den Plasmastrahl kann kreisringförmig gestaltet sein.
Bevorzugt ist das Düsenrohr der Plasmadüse über ein Drehlager mit dem Plasmakopf verbunden und von einem Motor um seine Langsachse herum in Drehung zu versetzen, wobei die Austrittsöffnung des Düsenkopfes für den Plasmastrahl eine Kreisringbahn beschreibt. Bevorzugt ist die Dosierdüse koaxial in der Plasmadüse angeordnet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet bei hoher Prozesssicherheit eine definierte Plasmavor- und/oder -nachbehandlung der Bauteiloberfläche in Kombination mit dem möglichen Auftrag von zwei unterschiedlich schnell aushärtenden Klebstoffsystemen durch das Positionieren einer Plasmadüse und einer von dieser umfasssten Dosierdüse für die Klebstoffapplikation innerhalb eines robotersteuerbaren Bearbeitungskopfes. Ist eine schnelle Fixierung auf der plasmavorbehandelten Bauteiloberfläche nicht notwendig, so ist nachfolgend der Auftrag nur eines Klebstoffs auf die bearbeitete Bauteiloberfläche mittels der Dosierdüse erforderlich.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht bei geringeren Investitionskosten eine Verringerung der Prozesszeit, ermöglicht eine Verbesserung der Haftung zwischen Substrat und Klebstoff und damit die Erzielung höherer Festigkeiten und bedingt eine gute Reproduzierbarkeit der Klebeigenschaften durch die Plasmavorbehandlung der Oberflächen.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nun anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen sind:
1 die Ansicht eines Längsschnitts einer schematisch dargestellten ersten Ausführungsform der Vorrichtung, wobei das Düsenrohr der Plasmadüse am Plasmakopf mittels eines Drehlagers drehbar gelagert ist,
2 eine Ansicht der ersten Ausführungsform nach 1 gesehen von unten,
3 die Ansicht eines Längsschnitts einer schematisch dargestellten zweiten Ausführungsform der Vorrichtung, wobei das Düsenrohr der Plasmadüse fest mit dem Plasmakopf verbunden und die Austrittsöffnung des Düsenkopfes kreisringförmig ausgebildet ist, und
4 eine Ansicht der zweiten Ausführungsform nach 3 gesehen von unten.
Wie aus den 1 und 3 hervorgeht, weist die Vorrichtung einen eine Plasmagenerator bildenden Plasmakopf 1 auf, der z. B. von einem nicht dargestellten Roboter führbar und an seiner Oberseite 2 mit Spannungs- und Trägergaszuleitungen 3 versehen ist. An der gegenüberliegenden Unterseite 4 des Plasmakopfes 1 ist eine plattenartige Trägereinheit 5 vorgesehen. Eine Plasmadüse 7 weist ein Düsenrohr 8 auf, das an seinem unteren Ende 9 in einen Düsenkopf 11 für den Plasmastrahl übergeht. Der Düsenkopf 11 weist eine exzentrisch angeordnete Austrittsöffnung 12 für den Plasmastrahl auf.
Bei der ersten Ausführungsform der Vorrichtung ist, wie 1 zeigt, das Düsenrohr 8 an seinem oberen Ende 10 an der Trägereinheit 5 des Plasmakopfes 1 über ein Drehlager 6 drehbar gelagert. Die Plasmadüse 7 ist mittels eines am Düsenrohr 8 angreifenden Motors 14 um die Längsachse 13 der Vorrichtung herum in Drehung zu versetzen ist, wie durch den Pfeil 15 in 1 angedeutet ist. Wie 2 zeigt, ist die Austrittsöffnung 12 des Düsenkopfes 11 für den Plasmastrahl zur Längsachse 13 der Plasmadüse 7 radial versetzt, d. h. exzentrisch angeordnet. Bei Rotation der Plasmadüse 7 beschreibt die Austrittsöffnung 12 des Düsenkopfes 11 für den Plasmastrahl somit eine Kreisbahn, wie durch den Pfeil 16 in 2 gekennzeichnet ist.
Eine Plasmaelektrode 17 des Plasmagenerators, die elektrisch gegenüber der Plasmadüse 7 isoliert ist, erstreckt sich von der Trägereinheit 5 des Plasmakopfes 1 in Richtung der Längsachse 13 der Vorrichtung in das Düsenrohr 8 hinein derart, dass die Spitze 18 der Plasmaelektrode 17 in Richtung der Längsachse 13 der Plasmadüse 7 gegenüber der Austrittsöffnung 12 des Düsenkopfes 11 für den Plasmastrahl zurückversetzt angeordnet ist.
Das Düsenrohr 8 der Plasmadüse 7 ist strömungstechnisch mit einem Arbeitsgasdurchlass 19 verbunden, der in der Trägereinheit 5 des Plasmakopfes 1 ausgebildet ist. Wie aus den 1 und 3 hervorgeht, erstreckt sich eine mit der Trägereinheit 5 des Plasmakopfes 1 verbundene Dosierdüse 20 für Klebstoffraupen von der Trägereinheit 5 in Richtung der Längsachse 13 der Plasmadüse 7 durch das Düsenrohr 8 und den Düsenkopf 11 hindurch. Innerhalb der Dosierdüse 20 ist eine Trennwand 21 vorgesehen, die sich über die axiale Länge der Dosierdüse 20 erstreckt und diese in zwei Längskammern 22 und 23 mit jeweils einer Austragsöffnung 24 bzw. 25 am zur Tägereinheit 5 des Plasmakopfes 1 entgegengestezten Ende der Dosierdüse 20 unterteilt. Die Austrägsöffnungen 24 und 25 der Längskammern 22 bzw. 23 der Dosierdüse 20 sind in Richtung der Längsachse 13 der Plasmadüse 7 über die Austrittsöffnung 12 des Düsenkopfes 11 für den Plasmastrahl hinaus nach außerhalb versetzt und somit in Richtung der Längsachse 13 der Plasmadüse 7 über den Plasmakopf 1 hinaus außerhalb versetzt angeordnet. Wie aus den 2 und 4 zu ersehen ist, weisen die Längskammern 22 und 23 der Dosierdüse 20 unterschiedliche Breite auf. Die Längskammern 22 und 23 der Dosierdüse 20 sind an ihrem mit der Trägereinheit 5 des Plasmakopfes 1 verbundenen oberen Ende jeweils mit von außerhalb der Vorrichtung zugänglichen Anschlüssen 26 für eine Dosierung unterschiedlicher Klebstoffe (Klebstoff A bzw. Klebstoff B), Druckluft sowie Spülflüssgkeit und dergleichen strömungstechnisch verbunden.
Die aus den 3 und 4 hervorgehende zweite Ausführungsform der Vorrichtung ist grundsätzlich entsprechend wie die erste Ausführungsform aufgebaut, jedoch ist das Düsenrohr 8 der Plasmadüse 7 starr mit der Trägereinheit 5 des Plasmakopfes 1 verbunden, wie 3 zeigt. Weiterhin ist die Austrittsöffnung 12 des Düsenkopfes 11 für den Plasmastrahl kreisringförmig ausgebildet und umfasst, wie 4 zeigt, die Dosierdüse 20, die sich durch die Plasmadüse 7 in Richtung deren Längsachse 13 hindurch erstreckt.
Im Einsatz der Vorrichtung wird zur Plasmavor- und/oder -nachbehandlung der Bauteiloberfläche der vom Plasmagenerator erzeugte Strahl des atmosphärischen Plasmas durch die in einer Kreisbahn rotierende Austrittsöffnung 12 des Düsenkopfes 11 der ersten Ausführungsform bzw. durch die kreisringförmige feststehende Austrittsöffnung 12 des Düsenkopfes 11 der zweiten Ausführungsform hindurch auf die Bauteiloberfläche gerichtet und letztere mit dem Plasmastrahl behandelt. In einem Arbeitsgang ist dann in rationeller Weise mittels der in der Plasmadüse 7 positionierten Dosierdüse 20 je nach Bedarf der raupenartige Auftrag eines Klebstoffsystems oder von zwei Klebstoffsystemen möglich, die jeweils schnell aushärten.
Bezugszeichenliste

1: Plasmakopf
2: Oberseite des Plasmakopfes
3: Spannungs- und Trägergaszuleitungen
4: Unterseite des Plasmakopfes
5: Trägereinheit des Plasmakopfes
6: Drehlager
7: Plasmadüse
8: Düsenrohr
9: unteres Ende des Düsenrohres
10: oberes Ende des Düsenrohres
11: Düsenkopf
12: Austrittsöffnung für den Plasmastrahl des Düsenkopfes
13: Längsachse der Vorrichtung und der Plasmadüse
14: Motor für Rotationsantrieb
15: Drehung kennzeichnender Pfeil
16: Kreisbahn kennzeichnender Pfeil
17: Plasmaelektrode
18: Spitze der Plasmaelektrode
19: Arbeitsgasdurchlass
20: Dosierdüse
21: Trennwand der Dosierdüse
22: Längskammer der Dosierdüse für Klebstoff A
23: Längskammer der Dosierdüse für Klebstoff B
24: Austragsöffnung der Längskammer 21
25: Austragsöffnung der Längskammer 22
26: Anschlüsse für Klebstoffdosierung, Druckluft, Spülflüssigkeit und dgl.

Claims

Vorrichtung zum Vor- und/oder Nachbehandeln einer Bauteiloberfäche mittels eines Plasmastrahls, insbesondere mittels eines Strahls eines atmosphärischen Plasmas, mit einem einen Plasmagenerator mit Spannungs- und Trägergaszuführung bildenden Plasmakopf (1), mit dem ein Düsenrohr (8) einer Plasmadüse (7) verbunden ist, die eine ihr gegenüber elektrisch isolierte Plasmaelektrode (17) des Plasmagenerators umfaßt, strömungstechnisch mit einem Arbeitsgasdurchlaß (19) verbunden ist und an ihrem zum Plasmakopf (1) entgegengesetzten Ende (9) einen Düsenkopf (11) mit einer Austrittsöffnung (12) für den Plasmastrahl aufweist, wobei die Spitze (18) der Plasmaelektrode (17) in Richtung der Längsachse (13) der Plasmadüse (7) gegenüber der Austrittsöffnung (12) des Düsenkopfes (11) zurückversetzt und die Austrittsöffnung (12) des Düsenkopfes (11) für den Plasmastrahl der Plasmadüse (7) zu deren Längsachse (13) in radialer Richtung versetzt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Klebstoffdosierdüse (20) mit mindestens einer Austragsöffnung (24; 25) mm Auftragen mindestens eines Klebstoffs vorgesehen ist, die mit dem Plasmakopf (1) verbunden ist, sich in Richtung der Längsachse (13) der Plasmadüse (7) durch diese hindurch erstreckt, mindestens einen von außerhalb des Plasmakopfes (1) zugänglichen Anschluß (26) für eine Dosierung des mindestens einen Klebstoffs aufweist und deren mindestens eine Austragsöffnung (24; 25) in Richtung der Längsachse (13) der Plasmadüse (7) über den Plasmakopf (1) hinaus nach außerhalb versetzt sowie in Bezug zur Austrittsöffnung (12) für den Plasmastrahl des Düsenkopfes (11) radial einwärts zur Längsachse der Plasmadüse (7) hin versetzt angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Dosierdüse (20) eine sich über ihre axiale Länge erstreckende Trennwand (21) vorgesehen ist, durch die die Dosierdüse (20) in zwei jeweils eine Austragsöffnung (24; 25) aufweisende Längskammern (22 bzw. 23) unterteilt ist, die jeweils einen von außerhalb des Plasmakopfes (1) zugänglichen Anschluss (26) für die getrennte Dosierung zwei von einander unterschiedlicher Klebstoffkomponenten aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (12) für den Plasmastrahl des Düsenkopfes (11) der Plasmadüse (7) kreisringförmig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenrohr (8) der Plasmadüse (7) über ein Drehlager (6) mit dem Plasmakopf (1) verbunden und von einem Motor (14) um die Langsachse (13) der Plasmadüse (7) herum in Drehung zu versetzen ist, und dass die Austrittsöffnung (12) für den Plasmastrahl des Düsenkopfes (11) der Plasmadüse (7) bei Rotation der Plasmadüse (7) eine Kreisringbahn beschreibt.
Vorrichung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierdüse (20) koaxial in der Plasmadüse (7) angeordnet ist.