Die vollautomatische Beschichtung in der Serienfertigung gehört für viele Unternehmen zum Alltag. Anders die auftragsbezogene Fertigung, bei der die Anforderungen aufgrund von kleinen Losgrößen und der Vielfalt der zu beschichtenden Teile eine große Herausforderung an die Automatisierung stellen.
Nachfolgend wird eine Anlagenentwicklung von Venjakob beschrieben, die komplexe Getriebeteile ab Losgröße 1 vollautomatisch beschichtet.
Bei den zu beschichtenden Bauteilen handelt es sich um fertig bearbeitete und bereits gereinigte Einzelteile für Planeten- und Winkelgetriebe aus Stahl und Aluminium. Die Vielfalt der Bauteile umfasst 15 verschiedene Getriebetypen in unterschiedlichen Größen. Die Abmessungen liegen zwischen 50 mm und 350 mm Außendurchmesser, 40 mm und 420 mm Länge sowie einem Gewicht zwischen 0,5 kg und 30 kg. Beschichtet wird die Außenfläche des Getriebeteils.
Anlagensteuerung und Mechanik von Bedeutung
„Die besondere Herausforderung lag darin, dass die Anlage auch für Losgröße 1 ausgelegt sein und sich automatisch auf die unterschiedlichen Getriebeteile umrüsten sollte“, sagt Kornelius Berg von Venjakob, der das Projekt betreute. „Für jedes dieser Bauteile wurden eigene Programme in der Anlagensteuerung hinterlegt. Sie werden unterschieden nach Durchmesser, Länge, Geometrie, Beschichtungsparameter und Farbgebung. Nachdem das Bauteil identifiziert wurde, wählt die Anlage das entsprechende Lackierprogramm aus und rüstet sich komplett selbstständig darauf aus“, beschreibt Kornelius Berg das Vorgehen.
Teile-Identifizierung über Barcode
Nur im Bereich Beschickung und Entnahme wird Hand angelegt. Es stehen für jede Anforderungsart entsprechend viele Werkstückträger zur Verfügung, auf die der Maschinenbediener die Getriebeteile mit einer Schablonierung für nicht zu lackierende Bereiche aufsetzt. Auf eine bestimmte Positionierung der Bauteile muss hier nicht geachtet werden. „Es sollte alles schnell und einfach vonstatten gehen. Diesem Kundenwunsch haben wir mit entsprechenden Sicherheitsmechanismen entsprochen“, erläutert Berg. Nach dem Aufsetzen scannt der Bediener den Barcode des Getriebeteiles ein, über die Steuerung wird das dazugehörige Beschichtungsprogramm abgerufen und über eine Freigabetaste gestartet. Nach der Freigabe erfolgt die automatische Positionserkennung auf dem Werkstückträger. Falsch aufgesetzte Teile können so erkannt werden. In diesem Zuge wird auch überprüft, ob die vom Barcode übertragenen Daten mit der Abmessung des Werkstücks übereinstimmen. Ist der Barcode nicht zum Bauteil passend, geht die Anlage sofort in einen Störmodus und meldet den Fehler. Nur, wenn die gescannte Barcodeinformation mit dem Werkstück übereinstimmt, werden die Werkstücke taktgesteuert über ein Kettenfördersystem durch den Beschichtungsprozess geführt.
Lackierergebnisse von gleichbleibend hoher Qualität
Nach der Positionserkennung werden die Werkstücke in die geschlossene Lackierkabine mit Lackierroboter gefördert. Damit auch hier die verschiedensten Getriebeteile (mit und ohne Anbau-flantsch), ebenso wie rotationssymmetrische und nicht rotationssymmetrische Teile, vollautomatisch mit der Spritzpistole lackiert werden können, wurde der Lackierroboter mit so genannten Masterprogrammen ausgestattet. Diese Programme werden je nach Bauteil unter Angabe der Parameter abgerufen. Die Parameter wurden, wie beschrieben, bereits in der Bestückungsstation mit dem Scannen des Barcodes an die Steuerung übermittelt. Für den Beschichtungsprozess bedeutet das, dass z. B. die Lackiergeschwindigkeit oder der Lackierwinkel der Spritzpistole automatisch auf die Größe und Geometrie des Getriebeteils eingestellt wird. Ebenfalls wichtig für konstant gute Lackierergebnisse ist die permanente Klimatisierung der Lackierkabine. Über die gesteuerte Zuluft herrschen das ganze Jahr über, eine an den Beschichtungsprozess angepasste Temperatur und Luftfeuchtigkeit.
Lösungen für geringeren Lackverbrauch
Die Anlage ist ausgelegt auf mehrere Farben. Um den Lackverbrauch so gering wie möglich zu halten, setzten die Venjakob-Ingenieure an verschiedenen Stellen an. Die Farbversorgung ist direkt neben der Beschichtungskabine platziert, in einer geschlossenen Be- und Entlüftungskabine. Da die Anlage unterschiedlich große Getriebeteile beschichtet, kommt es vor, dass z. B. nur jeder zweiter Werkstückträger besetzt ist. Daher wird vor Eintritt in die Lackierkabine mittels einer Abtastvorrichtung geprüft, ob die Spindel leer ist oder nicht. Bei leerer Spindel wird der Lackiervorgang ausgesetzt. Durch den Einsatz des Lackierroboters wird ein gezieltes Anspritzen ermöglicht. Das dadurch bereits reduzierte Overspray wird über ein Filtersystem aufgefangen und kann erneut verwendet werden.
Abdeckhauben automatisch gereinigt
Nach dem Beschichtungsvorgang werden die Werkstücke zunächst zur Abnahmestation für die Schablonierung transportiert. Hier kommen ein horizontales und vertikales Achssystem zum Einsatz, um die, im Beschickungsbereich aufgesetzten Schablonierungen mit einem Greifsystem abzunehmen und der Reinigungsstation zuzuführen. Die Reinigung geschieht in drei Stufen: alkalische Reinigung, Spülen mit Wasser, Warmlufttrocknung.
Danach gelangen die Schablonierungen über das Transportband zurück zum Beschickungsbereich und können erneut verwendet werden.
Vor dem Trocknen Entnahme möglich
Die letzten für das Lackierergebnis wichtigen Stationen sind der Abdunstkanal und der Düsentrockenkanal. Für den Fall, dass ein lackiertes Bauteil mal nicht durch den Trockner laufen soll, wurde eine Entnahmestelle vor der Abdunstzone geschaffen. Schwere Bauteile können hier mit einem Kran entnommen werden. Ansonsten werden die Getriebeteile auf den Spindeln zunächst in den Abdunstkanal geführt und danach in den Düsentrockenkanal. Hier wird der Lack mittels Umluftgebläse getrocknet. Die Temperatur kann stufenlos geregelt werden. Die Luftfeuchtigkeit wird konstant gehalten. Nach dem Trocknungsprozess gelangen die nun vollständig beschichteten Getriebeteile durch den Abkühlkanal über den Kettenförderer, sozusagen von hinten zurück zum Beschickungs- und Entnahmebereich.
Veränderung gleich einem Quantensprung
Wo bisher die Beschichtung manuell im 3-Schicht-Betrieb vorgenommen wurde, schafft die jetzt eingesetzte vollautomatische Roboter-Beschichtungslinie mit Spindelkettenfördersystem den gleichen Output im 2-Schichtbetrieb, reduziert die Kosten für Personal ebenso wie für das Beschichtungsmaterial und sichert eine gleichbleibend hohe Qualität im Lackierergebnis. „Die Umstellung von manueller auf vollautomatische Beschichtung stellt in diesem Fall einen Quantensprung dar“, sagt Kornelius Berg.
Übersicht der Verfahrensschritte in der Beschichtungsanlage
Nachfolgend wird eine Anlagenentwicklung von Venjakob beschrieben, die komplexe Getriebeteile ab Losgröße 1 vollautomatisch beschichtet.
Bei den zu beschichtenden Bauteilen handelt es sich um fertig bearbeitete und bereits gereinigte Einzelteile für Planeten- und Winkelgetriebe aus Stahl und Aluminium. Die Vielfalt der Bauteile umfasst 15 verschiedene Getriebetypen in unterschiedlichen Größen. Die Abmessungen liegen zwischen 50 mm und 350 mm Außendurchmesser, 40 mm und 420 mm Länge sowie einem Gewicht zwischen 0,5 kg und 30 kg. Beschichtet wird die Außenfläche des Getriebeteils.
Anlagensteuerung und Mechanik von Bedeutung
„Die besondere Herausforderung lag darin, dass die Anlage auch für Losgröße 1 ausgelegt sein und sich automatisch auf die unterschiedlichen Getriebeteile umrüsten sollte“, sagt Kornelius Berg von Venjakob, der das Projekt betreute. „Für jedes dieser Bauteile wurden eigene Programme in der Anlagensteuerung hinterlegt. Sie werden unterschieden nach Durchmesser, Länge, Geometrie, Beschichtungsparameter und Farbgebung. Nachdem das Bauteil identifiziert wurde, wählt die Anlage das entsprechende Lackierprogramm aus und rüstet sich komplett selbstständig darauf aus“, beschreibt Kornelius Berg das Vorgehen.
Teile-Identifizierung über Barcode
Nur im Bereich Beschickung und Entnahme wird Hand angelegt. Es stehen für jede Anforderungsart entsprechend viele Werkstückträger zur Verfügung, auf die der Maschinenbediener die Getriebeteile mit einer Schablonierung für nicht zu lackierende Bereiche aufsetzt. Auf eine bestimmte Positionierung der Bauteile muss hier nicht geachtet werden. „Es sollte alles schnell und einfach vonstatten gehen. Diesem Kundenwunsch haben wir mit entsprechenden Sicherheitsmechanismen entsprochen“, erläutert Berg. Nach dem Aufsetzen scannt der Bediener den Barcode des Getriebeteiles ein, über die Steuerung wird das dazugehörige Beschichtungsprogramm abgerufen und über eine Freigabetaste gestartet. Nach der Freigabe erfolgt die automatische Positionserkennung auf dem Werkstückträger. Falsch aufgesetzte Teile können so erkannt werden. In diesem Zuge wird auch überprüft, ob die vom Barcode übertragenen Daten mit der Abmessung des Werkstücks übereinstimmen. Ist der Barcode nicht zum Bauteil passend, geht die Anlage sofort in einen Störmodus und meldet den Fehler. Nur, wenn die gescannte Barcodeinformation mit dem Werkstück übereinstimmt, werden die Werkstücke taktgesteuert über ein Kettenfördersystem durch den Beschichtungsprozess geführt.
Lackierergebnisse von gleichbleibend hoher Qualität
Nach der Positionserkennung werden die Werkstücke in die geschlossene Lackierkabine mit Lackierroboter gefördert. Damit auch hier die verschiedensten Getriebeteile (mit und ohne Anbau-flantsch), ebenso wie rotationssymmetrische und nicht rotationssymmetrische Teile, vollautomatisch mit der Spritzpistole lackiert werden können, wurde der Lackierroboter mit so genannten Masterprogrammen ausgestattet. Diese Programme werden je nach Bauteil unter Angabe der Parameter abgerufen. Die Parameter wurden, wie beschrieben, bereits in der Bestückungsstation mit dem Scannen des Barcodes an die Steuerung übermittelt. Für den Beschichtungsprozess bedeutet das, dass z. B. die Lackiergeschwindigkeit oder der Lackierwinkel der Spritzpistole automatisch auf die Größe und Geometrie des Getriebeteils eingestellt wird. Ebenfalls wichtig für konstant gute Lackierergebnisse ist die permanente Klimatisierung der Lackierkabine. Über die gesteuerte Zuluft herrschen das ganze Jahr über, eine an den Beschichtungsprozess angepasste Temperatur und Luftfeuchtigkeit.
Lösungen für geringeren Lackverbrauch
Die Anlage ist ausgelegt auf mehrere Farben. Um den Lackverbrauch so gering wie möglich zu halten, setzten die Venjakob-Ingenieure an verschiedenen Stellen an. Die Farbversorgung ist direkt neben der Beschichtungskabine platziert, in einer geschlossenen Be- und Entlüftungskabine. Da die Anlage unterschiedlich große Getriebeteile beschichtet, kommt es vor, dass z. B. nur jeder zweiter Werkstückträger besetzt ist. Daher wird vor Eintritt in die Lackierkabine mittels einer Abtastvorrichtung geprüft, ob die Spindel leer ist oder nicht. Bei leerer Spindel wird der Lackiervorgang ausgesetzt. Durch den Einsatz des Lackierroboters wird ein gezieltes Anspritzen ermöglicht. Das dadurch bereits reduzierte Overspray wird über ein Filtersystem aufgefangen und kann erneut verwendet werden.
Abdeckhauben automatisch gereinigt
Nach dem Beschichtungsvorgang werden die Werkstücke zunächst zur Abnahmestation für die Schablonierung transportiert. Hier kommen ein horizontales und vertikales Achssystem zum Einsatz, um die, im Beschickungsbereich aufgesetzten Schablonierungen mit einem Greifsystem abzunehmen und der Reinigungsstation zuzuführen. Die Reinigung geschieht in drei Stufen: alkalische Reinigung, Spülen mit Wasser, Warmlufttrocknung.
Danach gelangen die Schablonierungen über das Transportband zurück zum Beschickungsbereich und können erneut verwendet werden.
Vor dem Trocknen Entnahme möglich
Die letzten für das Lackierergebnis wichtigen Stationen sind der Abdunstkanal und der Düsentrockenkanal. Für den Fall, dass ein lackiertes Bauteil mal nicht durch den Trockner laufen soll, wurde eine Entnahmestelle vor der Abdunstzone geschaffen. Schwere Bauteile können hier mit einem Kran entnommen werden. Ansonsten werden die Getriebeteile auf den Spindeln zunächst in den Abdunstkanal geführt und danach in den Düsentrockenkanal. Hier wird der Lack mittels Umluftgebläse getrocknet. Die Temperatur kann stufenlos geregelt werden. Die Luftfeuchtigkeit wird konstant gehalten. Nach dem Trocknungsprozess gelangen die nun vollständig beschichteten Getriebeteile durch den Abkühlkanal über den Kettenförderer, sozusagen von hinten zurück zum Beschickungs- und Entnahmebereich.
Veränderung gleich einem Quantensprung
Wo bisher die Beschichtung manuell im 3-Schicht-Betrieb vorgenommen wurde, schafft die jetzt eingesetzte vollautomatische Roboter-Beschichtungslinie mit Spindelkettenfördersystem den gleichen Output im 2-Schichtbetrieb, reduziert die Kosten für Personal ebenso wie für das Beschichtungsmaterial und sichert eine gleichbleibend hohe Qualität im Lackierergebnis. „Die Umstellung von manueller auf vollautomatische Beschichtung stellt in diesem Fall einen Quantensprung dar“, sagt Kornelius Berg.
Übersicht der Verfahrensschritte in der Beschichtungsanlage
- Manuelle Beschickung
- Barcode einscannen
- Positionserkennung
- Beschichtung
- Abdunsten
- Trocknen
- Abkühlen
- Manuelle Entnahme
