Diskussion über die Unterschiede zwischen Lackierrobotern und herkömmlichen automatischen Maschinen

Schlüsselwörter: Lackiererei, Lackierroboter, automatische Spritzmaschine

Die Autolackierung in der Automobilbeschichtungsindustrie umfasste lange Zeit hauptsächlich zwei Verfahren: die automatische und die manuelle Lackierung. Die automatische Lackierung kommt vorwiegend bei der elektrostatischen Hochspannungslackierung der Außenfläche zum Einsatz, während die manuelle Lackierung hauptsächlich für die Innenfläche verwendet wird. In den letzten Jahren hat sich die automatische Außenlackierung bei großen Lackierereien als bevorzugte Methode etabliert. Um eine höhere Sprüheffizienz und Lackqualität zu erzielen, haben elektrostatische Hochspannungslackierroboter die traditionellen automatischen Hubkolben-Spritzmaschinen zunehmend ersetzt.

Die Lackieranlage Nr. 4 von Chery Automobile Co., Ltd. nutzt Lackierroboter des Typs RP6F140 von Dürr (Deutschland). Die gesamte Anlage umfasst insgesamt 16 Spritzroboter: 4 für die Grundierung, 4 für den Basislack BC1, 4 für den Basislack BC2 und 4 für den Klarlack. Diese Anlage ist die erste robotergestützte Lackieranlage von Chery. Im Vergleich zu den herkömmlichen automatischen Lackieranlagen (ESTA), die in den Lackieranlagen Nr. 1 und 2 von Chery eingesetzt wurden, bieten die Lackierroboter deutliche Verbesserungen.

I. Aussehen

Herkömmliche automatische Lackieranlagen verwenden eine Kombination aus einem oberen und seitlichen Sprühgerät. Das seitliche Sprühgerät lackiert die linke und rechte Seite der Karosserie, während das obere Sprühgerät für die Front- und Heckklappe sowie das Dach zuständig ist. Die vier Lackierroboter vom Typ RP6, die in Lackierhalle Nr. 4 eingesetzt werden, sind kompakter und einfacher zu installieren. Ihre geschlossenen Oberflächen sind einfach zu reinigen. In Verbindung mit moderner Antriebstechnik und einem unkomplizierten Antriebsstrang reduzieren sie die Wartungs- und Reparaturkosten erheblich.

Traditionelle automatische Sprühmaschinen

Sprühroboter

Die Steuerung des Lackierroboters erfolgt über eine SIEMENS S7-400 mit einer CPU vom Typ CPU 416F-2. Da der Roboter eine 6-Achs-Bewegung ausführt, die komplexer ist als bei herkömmlichen Hubrobotern, benötigt jeder Roboter eine Bewegungssteuerungs-SPS. Die Roboter in Lackierhalle Nr. 4 nutzen die Bewegungssteuerungs-SPS RC2 von KEBA. Der Schaltschrank des Roboters ist ein kleiner, 1,2 m hoher Schrank. Jede Station mit 4 Robotern teilt sich ein PSMP (Power Supply Module Panel) und ein SCMP (Station Control Module Panel). Jeder Roboter verfügt jedoch über ein unabhängiges RCMP (Robot Control Module Panel) und MVSP, was eine schnelle Fehlerdiagnose ermöglicht. Der Roboter RP6F140 integriert dank umfassender Anwendungstechnik alle Lack-, Lösemittel- und sonstigen Leitungen in seine Energieversorgungskette und bietet so einen besseren Schutz für die Leitungen.

II. Im Vergleich zu herkömmlichen automatischen Sprühmaschinen verfügt der Roboter über einige zusätzliche Komponenten, um einen reibungslosen Betrieb und eine gute Manövrierfähigkeit zu gewährleisten:

1. Spüleinheit: Sie gewährleistet einen permanenten Überdruck im gesamten Sockel und am ersten Arm und verhindert so das Eindringen brennbarer Gase in den Hohlraum. Zudem trägt sie zur Kühlung des Roboters bei und beugt im Sommer Kondensation durch Temperaturunterschiede zwischen Raumtemperatur und Lack vor. Dadurch wird die Häufigkeit von Hochspannungsfehlern deutlich reduziert.

   
   Leistungsstarke Funktionen der Spüleinheit

2. Teach-Pendant: Ein wesentlicher Bestandteil des Roboters, der zur präzisen Steuerung der Roboterbewegung und zur Realisierung von Funktionen wie Online-Programmierung und Notfall-Fehlerbehandlung dient.
   
   
3. Bremslöseeinheit: Dient dazu, den Roboter im Notfall manuell zu bewegen.
   
   

4. PHG-Box und Sicherheitsbox (SB): Ermöglicht einen schnelleren Betrieb des Roboters.

   

   Mehrfach-V-Riemen-Einsatzverbinder: Vereinfacht den Komponentenaustausch.

   III. Prozessqualität

Die typische automatische Lackieranlage verwendet Seiten- und Decksprühdüsen für die Herstellung verschiedener Grundierungen und Decklacke. Diese Anlage stößt jedoch bei stark variierenden Karosserieformen und -größen an ihre Grenzen, was die Lackqualität (z. B. Schichtdickengleichmäßigkeit und Tropffestigkeit) beeinträchtigt. Chery setzt daher in seinen neu errichteten Lackieranlagen verstärkt auf multifunktionale Robotertechnologie und nutzt deren Vorteile. Dadurch konnte die Anzahl der Sprühbecher im Standard-Lackierbereich von 9 auf 4 und die Breite der Standard-Lackierkabine von 4,6 m auf 3,8 m reduziert werden. Zudem entfällt der obere Sprühbalken, wodurch Nachteile herkömmlicher Lackieranlagen, wie z. B. Schmutzablagerungen, behoben werden. Der Roboter steuert den Zerstäuber und hält während des Sprühvorgangs einen konstanten Abstand und den korrekten Winkel zur Lackieroberfläche ein. Er kann bis zu 64 Pinsel (d. h. Lackparameterpinsel) einstellen und so sicherstellen, dass jeder Sprühpunkt mit dem optimalen Sprühwinkel und den optimalen Parametern behandelt wird.

Die linke Abbildung zeigt die konturfolgende, sägezahnförmige Flugbahn des Seitensprühers der automatischen Lackiermaschine. Die rechte Abbildung zeigt die Flugbahn des Zerstäubers während des Robotersprühvorgangs, die im Raum stufenlos eingestellt werden kann. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Flugbahnen ist auf 15 cm einstellbar, und die Sprühbreite des Zerstäubers beträgt 45 cm, wodurch die Lackierung gleichmäßig auf der Karosserieoberfläche verteilt wird. Die sägezahnförmige Flugbahn der automatischen Lackiermaschine führt tendenziell zu übermäßiger Schichtdicke an den Spitzen und Tälern der Sägezähne.

IV. Umweltschutz

Im Vergleich zu herkömmlichen mechanischen Spritzgeräten mit Hubkolbenverfahren reduziert das Roboterspritzen die Anzahl der Zerstäuber deutlich und erhöht die Spritzpistolengeschwindigkeit, wodurch die Zykluszeit der Produktionslinie erheblich gesteigert werden kann. Am Beispiel der Lackiererei Nr. 4 lässt sich dies verdeutlichen: Bei gleicher Kettengeschwindigkeit benötigt der Roboter nur vier Zerstäuber, um den Spritzvorgang effizient abzuschließen, während die automatische Spritzmaschine neun Zerstäuber benötigt – eine Reduzierung um mehr als die Hälfte.

Dank ihrer kompakteren Bauweise gewährleisten die RP6F140-Roboter ein hocheffizientes Spritzverfahren mit minimalem Lack- und Lösemittelverbrauch und kürzesten Reinigungszeiten. Darüber hinaus liegt die Lackausnutzung bei bis zu 95 %, wodurch Lackverluste minimiert und die Umweltbelastung herkömmlicher Lackierereien reduziert wird. Die Roboterlinie umfasst außerdem ein spezielles System zur Aufbereitung von Lösemittelabfällen, das alle bei Farbwechseln und Reinigungsarbeiten anfallenden Lösemittel zurückgewinnt und die Lackiererei so zu einer umweltfreundlichen Einrichtung macht.

System zur Rückgewinnung von Abfalllösungsmitteln

V. Bewegung

Der Lackierroboter RP6F140 verfügt über 6 Bewegungsachsen, die jeweils unabhängig voneinander von einem Servomotor gesteuert werden:

• Achse 1: Roboterrotationsachse
• Achse 2: Vertikale Armdrehachse
• Achse 3: Rotationsachse des horizontalen Arms
• Achse 4: Drehbare manuelle Achse
• Achse 5: Manuelle Achse
• Achse 6: Manuelle Achse/Drehbarer Verdampfer

Die Sprühfunktion der automatischen Maschine ist unabhängig, wobei die seitlichen und oberen Sprühdüsen gemeinsam die Arbeit ausführen. Die obere Sprühdüse verfügt über eine 5-achsige Bewegung, die seitliche Sprühdüse über eine 3-achsige Bewegung.

Die Abbildungen zeigen, dass der Roboter in jeder Position im Raum 6-achsig sprühen kann, während die automatische Maschine gewisse Einschränkungen aufweist. Typischerweise werden an jeder Station vier Roboter für die Lackierung der Karosserie eingesetzt. Jeder Roboter kann dieselbe Funktion ausführen, wodurch austauschbare Ersatzteile möglich sind. Die Seiten- und Dachsprühdüsen der automatischen Maschine besprühen feste Bereiche (Seiten mit der Seitensprühdüse, Dach mit der Dachsprühdüse). Die Rahmenkonstruktion der automatischen Maschine ist größer als die des Roboters, was Wartung und Reparatur erschwert. VI. Sicherheit

Da die normale Sprühspannung des Hochspannungs-Elektrostatik-Lackierroboters 60.000 Volt oder sogar mehr erreichen kann, wird die Spannungsisolation für mehr Sicherheit durch einen isolierenden Arm aus Glasfaser gewährleistet. Die Abdeckungen der Arme bestehen ebenfalls aus diesem Glasfasermaterial und gewährleisten so eine gute Abschirmung gegenüber der Außenwelt während des normalen Sprühvorgangs. Im Vergleich zu herkömmlichen automatischen Lackieranlagen mit Antikollisions-Lichtgittern ist der Lackierroboter ausschließlich auf Hochspannungs-Antikollision angewiesen und verfügt über keine speziellen Antikollisionsvorrichtungen. Dies bedeutet, dass die Karosserie bei Fehlausrichtung oder anderen Unfällen nicht ausreichend geschützt ist. Der Antikollisionsschutz von Robotern wird daher ein zentrales Thema und eine Herausforderung für zukünftige Roboteranwendungen darstellen.

Antikollisions-Lichtgitter der automatischen Sprühmaschine, oberer Sprüher

Abschluss

Lackierroboter bieten eine bessere Lackausnutzung, reduzieren die Anzahl der Zerstäuber deutlich, sind umweltfreundlicher und wartungsfreundlicher als herkömmliche automatische Spritzmaschinen. Mit seiner ersten robotergestützten Lackierlinie in Lackierhalle Nr. 4 erforscht Chery aktiv die Wartungs- und Instandhaltungstechnologie von Lackierrobotern und setzt modernste Anlagen ein, um Fahrzeuge in höchster Qualität zu produzieren.

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