Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Veredeln eines Werkstücks, das bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder dergleichen besteht, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein entsprechendes Verfahren.

Stand der Technik

Im Bereich der Möbel- und Bauelementeindustrie werden Werkstücke häufig zunächst aus einem holzbasierten Werkstoff gefertigt und anschließend an ihrer Oberfläche veredelt. Bei der Veredelung kommen verschiedene Beschichtungsmaterialien zum Einsatz, die bereits vor dem Beschichtungsvorgang bemustert sein können oder auch erst nach dem Beschichtungsvorgang bemustert werden können.

So offenbart beispielsweise die EP 1 935 657 Al eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten von Werkstücken, bei welchem die Werkstücke zunächst spanend bearbeitet und anschließend mittels einer Ink-Jet-

Druckeinrichtung bemustert werden. Allerdings hat sich gezeigt, dass die Leistungsfähigkeit der bekannten Vorrichtung begrenzt ist und insbesondere beim Werkstückdurchsatz erhebliches Verbesserungspotenzial besteht. Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine erhöhte Leistungsfähigkeit und insbesondere einen erhöhten Werkstückdurchsatz ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Veredeln eines Werkstücks nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Veredeln eines Werkstücks nach Anspruch 12 gelöst. Besonders bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei bekannten Vorrichtungen die Betriebsparameter und die Arbeitsgeschwindigkeit der einzelnen Maschinenkomponenten nicht hinreichend aufeinander abgestimmt sind. Um hier Abhilfe zu schaffen, schlägt die Erfindung vor, dass bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung eine Steuereinheit vorgesehen ist, die mit der Bearbeitungseinheit, der Fördereinheit und der Bemusterungseinheit verbunden und eingerichtet ist, die Bearbeitungseinheit, die Fördereinheit und die Bemusterungseinheit zu steuern.

Durch diese steuerungstechnische Integration wird ermöglicht, dass die Betriebsparameter, die Arbeitsgeschwindigkeit und andere Eigenschaften der Maschinenkomponenten je nach den aktuellen Anforderungen (wie beispielsweise Werkstückabmessungen, Materialeigenschaf ten, Veredelungsanforderungen, etc.) optimal aufeinander abgestimmt werden können, um unter anderem die Leistungsfähigkeit und insbesondere den Werkstückdurchsatz zu steigern. Neben diesen Verbesserungen ermöglicht die steuerungstechnische Integration darüber hinaus auch noch weitere Vorteile, wie beispielsweise auch die Möglichkeit verbesserter optischer und haptischer Eigenschaften, da auch hier der Bearbeitungs- und Veredelungsbetrieb der Bearbeitungseinheit und der Bemusterungseinheit optimal aufeinander abgestimmt werden können.

In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, dass bei bekannten Maschinen häufig die Bemusterungseinheit ein begrenzender Faktor für die Leistungsfähigkeit des Gesamtprozesses war, sodass eine möglicherweise höhere Leistungsfähigkeit etwa einer Bearbeitungseinheit nicht ausgeschöpft werden konnte. Durch die steuerungstechnische Integration wird es nun möglich, beispielsweise durch optimale Anpassung der Betriebsparameter der Bemusterungseinheit die individuelle Leistungsfähigkeit der Bemusterungseinheit und damit die Gesamtleistungsfähigkeit der Vorrichtung bzw. des Gesamtprozesses zu steigern.

Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Fördereinheit eingerichtet ist, während der Bearbeitungseinheit und der Bemusterungseinheit eine Relativbewegungsgeschwindigkeit von mindestens 10 m/min, bevorzugt mindestens 30 m/min, besonders bevorzugt mindestens 50 m/min herbeizuführen. Auf diese Weise dringt die erfindungsgemäße Vorrichtung in Leistungsbereiche vor, die bisher nicht erreicht werden konnten. Somit lässt sich einerseits die Produktivität enorm steigern, andererseits eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung somit auch für Werkstücke, die in extrem großer Stückzahl und mit entsprechend großen Geschwindigkeiten hergestellt werden, wie etwa Fußboden- oder Wandpaneele.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fördereinheit eingerichtet ist, die Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Bearbeitungseinheit sowie der Bemusterungseinheit in einer Aufspannung herbeizuführen. Hierdurch kann einerseits auf ein mehrfaches Ausrichten und Einspannen der Werkstücke sowie ein mögliches Zwischenstapeln verzichtet werden. Andererseits ergibt sich eine besonders hohe Präzision des Veredelungsvorganges mit entsprechend hoher Werkstückqualität. Darüber hinaus werden besonders hohe Veredelungsgeschwindigkeiten ermöglicht, wodurch ein weiterer Beitrag zur Steigerung der Produktivität geleistet wird.

Vorzugsweise ist die Steuereinheit eingerichtet, unter Berücksichtigung einer Soll-Fördergeschwindigkeit der Fördereinheit zumindest einen Betriebsparameter der Bemusterungseinheit einzustellen. Auf diese Weise kann der Betrieb der Bemusterungseinheit optimal an die Soll- Fördergeschwindigkeit der Fördereinheit angepasst werden, wobei sich die Soll-Fördergeschwindigkeit beispielsweise aus der maximalen Bearbeitungsgeschwindigkeit der Bearbeitungseinheit ergibt. Im Ergebnis kann somit die Fördergeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung maximiert werden, wodurch die Produktivität erheblich gesteigert werden kann. Zu diesem Zweck können verschiedene Betriebsparameter der Bemusterungseinheit auf die gewünschte Leistung eingestellt werden, wie beispielsweise eine Taktfrequenz, ein Materialdurchsatz, etc.

Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, die Soll-Fördergeschwindigkeit der Fördereinheit zu verändern, insbesondere zu vermindern, falls die Steuereinheit keine geeigneten Betriebsparameter der Bemusterungseinheit für die vorherige Soll- Fördergeschwindigkeit ermitteln kann. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass etwa trotz maximierter Fördergeschwindigkeit weiterhin die geforderte Qualität der Bemusterung erreicht werden kann, während das maximale Geschwindigkeitspotenzial der Bemusterungseinheit ausgeschöpft wird.

Die Bemusterungseinheit kann im Rahmen der Erfindung auf unterschiedliche Art und Weise ausgestaltet sein. Im Hinblick auf eine hohe Bemusterungsqualität, variable Bemusterungsmöglichkeiten und eine hohe Bemusterungsgeschwindigkeit ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Bemusterungseinheit eine Drop- on-Demand-Druckeinheit aufweist. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Drop-on-Demand-Druckeinheit eingerichtet ist, die ausgegebene Tröpfchengröße und/oder Tröpfchenausstoßfrequenz variabel einzustellen. Durch die Einstellung dieser Betriebsparameter kann der Betrieb der Bemusterungseinheit besonders effektiv an unterschiedliche Fördergeschwindigkeiten angepasst werden, ohne dass die Qualität des Bemusterungsergebnisses beeinträchtigt wird. Gleichzeitig lassen sich durch Einstellen der Tröpfchengröße und/oder der Tröpfchenausstoßfrequenz auch weitere vorteilhafte Effekte erzielen, wie beispielsweise haptische Effekte der bemusterten Oberfläche oder die Einstellung unterschiedlicher "Graustufen" (farbmengenabhängiger Intensitätsstufen) .

Im Hinblick auf besonders hohe Fördergeschwindigkeiten hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Tröpfchengröße gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auf Werte von kleiner als 200 pl, bevorzugt kleiner als 100 pl, besonders bevorzugt kleiner als 20 pl (Picoliter) einstellbar ist. Zu diesem Zweck ist es alternativ oder zusätzlich auch bevorzugt, dass die Tröpfchenausstoßfrequenz auf Werte von mindestens 16.000 Hz, bevorzugt 20000 Hz, besonders bevorzugt 100000 Hz einstellbar ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Überprüfungseinheit zur bevorzugt optischen Überprüfung der durch die Bemusterungseinheit bemusterten Oberfläche des Werkstücks aufweist. Hierdurch lässt sich effektiv überprüfen, ob die Bemusterungseinheit die bemusterte Oberfläche tatsächlich mit der gewünschten Bemusterungsqualität versieht, was bei den angestrebten hohen Fördergeschwindigkeiten besonders vorteilhaft ist und generell eine Optimierung des Prozesses ermöglicht. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Überprüfungseinheit mit der Steuereinheit verbunden ist, sodass die Ergebnisse der Überprüfungseinheit direkt zur Optimierung des Betriebes der Bemusterungseinheit verwendet werden können.

Im Hinblick auf eine präzise Überprüfung der bemusterten Oberfläche ist es ferner bevorzugt, dass die Überprüfungseinheit eine Kamera, insbesondere Multispektralkamera oder Hyperspektralkamera aufweist. Dabei haben sich insbesondere Hyperspektralkameras als äußerst wirksam erwiesen.

Im Hinblick auf eine Optimierung der Bemusterungsqualität ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, anhand des Überprüfungsergebnisses der Überprüfungseinheit mindestens einen Betriebsparameter der Bemusterungseinheit zu korrigieren, und zwar bevorzugt während des Betriebes der Vorrichtung. Auf diese Weise lässt sich die Bemusterungsqualität besonders wirksam optimieren und auch der Ausschuss minimieren, da die Überprüfungsergebnisse bei Bedarf "in-line" rückgeführt und unmittelbar zur Optimierung der Betriebsparameter der Bemusterungseinheit verwendet werden können.

Die oben genannten Vorteile lassen sich besonders sinnvoll durch ein Verfahren nach Anspruch 12 erzielen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Beschreibung von Ausführungsformen

Eine Vorrichtung 1 zum Veredeln eines Werkstücks 2 ist in Fig. 1 schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Bei dem Werkstück kann es sich beispielsweise um eine Möbelplatte, ein Boden-/Wandpaneel oder ein Bauelement wie etwa eine Tür handeln, wobei das Ausgangsmaterial des Werkstücks beispielsweise Holz, verschiedene Holzwerkstoffe, Kunststoff und verschiedene Kombinationen hiervon sein kann. Dabei soll das Werkstück im vorliegenden Falle im Bereich einer Oberfläche 2' veredelt werden, bei der es sich beispielsweise um eine Schmalfläche des Werkstücks 2 handeln kann.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, umfasst die Vorrichtung 1 zunächst eine Bearbeitungseinheit 10, bei welcher es sich in der vorliegenden Ausführungsform um eine Fräseinheit handelt, die dazu dient, die zu veredelnde Schmalfläche 2' des Werkstücks 2 in die gewünschte Geometrie zu bringen. Zu diesem Zweck weist die Bearbeitungseinheit 10 in der vorliegenden Ausführungsform ein Fräswerkzeug 12 auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Bearbeitungseinheit 10 jedoch auch für andere Bearbeitungsvorgänge ausgelegt sein, wie etwa für das Aufbringen eines Beschichtungsmaterials oder das Bündigfräsen eines aufgebrachten Beschichtungsmaterials.

Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung 1 eine Bemusterungseinheit 20 zum Bemustern der Oberfläche 2' des Werkstücks, bei der es sich in der vorliegenden Ausführungsform um eine Druckeinheit handelt, die untenstehend noch näher beschrieben wird.

Weiterhin ist eine Fördereinheit 30 vorgesehen, die in der vorliegenden Ausführungsform als Durchlauffördereinheit ausgestaltet ist und dazu dient, das jeweilige Werkstück 2 an der Bearbeitungseinheit 10 und der Bemusterungseinheit 20 entlang zu bewegen. Es ist jedoch zu beachten, dass im Rahmen der Erfindung auch andere Förderkonzepte zum Einsatz kommen können, wie etwa sogenannte Stationärtechnik, bei welcher das Werkstück ruht und die jeweiligen Einheiten der Vorrichtung bewegt werden. Auch Mischformen beider Konzepte sind im Rahmen der Erfindung möglich.

Die Fördereinheit 30 umfasst in der vorliegenden Ausführungsform ein Förderband oder eine Förderkette 32, auf das bzw. die das jeweilige Werkstück 2 aufgelegt wird, wobei sich das Obertrum in Fig. 1 von rechts nach links bewegt. Darüber hinaus besitzt die Fördereinheit 30 einen sog. Oberdruck 34, der in der vorliegenden Ausführungsform durch eine Vielzahl von Rollen gebildet ist, die das jeweilige Werkstück 2 auf das Förderband bzw. die Förderkette 32 andrücken .

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, führt dies zu einer Aufspannung des Werkstücks 2, wobei das Werkstück 2 entlang der gesamten Vorrichtung 1 in einer definierten Aufspannung gehalten wird. Die Fördereinheit 30 kann dabei mit unterschiedlichen Fördergeschwindigkeiten betrieben werden, die im Bereich von bis zu 200m/min und mehr liegen können.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, sind die Bearbeitungseinheit 10, die Bemusterungseinheit 20 und die Fördereinheit 30 mit einer Steuereinheit 40 verbunden, die dazu dient, die Bearbeitungseinheit 10, die Bemusterungseinheit 20 und die Fördereinheit 30 zu steuern. Unter dem Begriff „Steuern" kann es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung je nach Bedarf um eine reine Steuerung (ohne Rückkopplung) oder auch um eine Regelung (mit Rückkopplung) handeln.

Bei der Steuereinheit kann es sich beispielsweise um einen gemeinsamen Maschinenrechner handeln, in welchem die wesentlichen Daten der vorstehend genannten Einheiten zusammenlaufen und welcher die vorstehend genannten Einheiten steuert, d. h. insbesondere ihre Betriebsparameter einstellt.

Dabei stellt die Steuereinheit 40 in der vorliegenden

Ausführungsform zunächst eine Sollfördergeschwindigkeit der Fördereinheit 30 ein, die sich an der für das jeweilige Werkstück 2 unter Berücksichtigung beispielsweise der Geometrie und der Materialeigenschaften erzielbaren Bearbeitungsgeschwindigkeit der Bearbeitungseinheit 10 orientiert. Anschließend stellt die Steuereinheit 40 einen oder mehrere Betriebsparameter der Bemusterungseinheit 20 derart ein, dass auch die Bemusterungseinheit 20 bei der gegebenen Sollfördergeschwindigkeit angemessen arbeiten kann, so dass ein gewünschtes Bemusterungsergebnis erzielt werden kann.

Bei bestimmten Konstellationen, wie etwa sehr hohen Sollfördergeschwindigkeiten oder besonders komplexen Bemusterungsaufgaben kann es Vorkommen, dass sich für die Bemusterungseinheit 20 keine geeigneten Betriebsparameter einstellen lassen, welche die gewünschte Bemusterungsqualität gewährleisten. In diesem Falle senkt die Steuereinheit 40 die Sollfördergeschwindigkeit der Fördereinheit 30 auf einen Wert ab, bei welchem sich ein angemessener Betrieb der Bemusterungseinheit 20 erzielen lässt, jedoch weiterhin eine möglichst hohe Fördergeschwindigkeit der Fördereinheit 30 erreicht werden kann.

Bei der Bemusterungseinheit 20 handelt es sich in der vorliegenden Ausführungsform um eine Druckvorrichtung, die eine Drop-on-Demand Druckeinheit 22 aufweist, obgleich im Rahmen der vorliegenden Erfindung selbstverständlich auch andere Bemusterungseinheiten zum Einsatz kommen können. Die Drop-on-Demand Druckeinheit 22 kann beispielsweise einen Piezodruckkopf oder einen Bubble-Jet-Druckkopf beinhalten.

Die Druckeinheit 22 ist in der Lage, die ausgegebene Tröpfchengröße variabel einzustellen, wobei die Tröpfchengröße in der vorliegenden Ausführungsform Werte von bis zu 2 pl (Picoliter) erreichen kann. Je nach Anwendungsfall sind jedoch auch größere Werte sinnvoll, die vorteilhaft im Bereich bis zu 200 pl liegen können, ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt ist. Eine Einstellung der Tröpfchengröße ermöglicht einerseits eine Anpassung der Bemusterungseinheit 20 an unterschiedliche Fördergeschwindigkeiten, erlaubt aber auch die Erzielung haptischer Effekte sowie verschiedener Farbeffekte wie etwa "Graustufen" (farbmengenabhängiger Intensitätsstufen).

Darüber hinaus ist die Druckeinheit 22 auch in der Lage, beispielsweise die Tröpfchenausstoßfrequenz auf Werte in der Größenordnung von beispielsweise 20000 Hz oder auch 100000 Hz oder mehr sowie auch andere Betriebsparameter einzustellen. Die Einstellung der Tröpfchenausstoßfrequenz kann beispielsweise softwareseitig erfolgen, insbesondere auch durch Definition unterschiedlicher Impulsformen, die beispielsweise an in der Druckeinheit 22 vorgesehene Piezoelemente angelegt werden.

Stromabwärts der Bemusterungseinheit 20 umfasst die Vorrichtung 1 ferner eine Überprüfungseinheit 50, die in der vorliegenden Ausführungsform eine Multi- oder Hyperspektralkamera 52 aufweist. Die Kamera 52 tastet dabei die bemusterte Oberfläche 2' des Werkstücks 2 ab. Die Überprüfungseinheit 50 ist ebenfalls mit der Steuereinheit 40 verbunden, so dass ein Überprüfungsergebnis der Überprüfungseinheit 50 an die Steuereinheit 40 übertragen werden kann.

Anhand des Überprüfungsergebnisses der Überprüfungseinheit 50 korrigiert die Steuereinheit 40 einen oder mehrere Betriebsparameter der Bemusterungseinheit 20, um die Qualität des Bemusterungsergebnisses weiter zu optimieren bzw. einem gewünschten Sollwert weiter anzunähern. Diese Korrektur kann beispielsweise auch auf der Grundlage einer statistischen Bewertung stattfinden und "in-line", also während des Betriebes der Vorrichtung, durchgeführt werden. Der Betrieb der Vorrichtung 1 vollzieht sich beispielsweise wie folgt. Zunächst wird ein Werkstück 2 der Vorrichtung 1 derart zugeführt, dass es zwischen dem Förderband bzw. der Förderkette 32 und dem Oberdruck 34 (rechts in Fig. 1) eingespannt und in einer Durchlaufförderrichtung (von rechts nach links in Fig. 1) gefördert wird. Unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Werkstücks und der gewünschten Veredelungsvorgänge ermittelt die Steuereinheit 40 zunächst eine Sollfördergeschwindigkeit, die für die

Bearbeitungseinheit 10 geeignet ist, und stellt anschließend die Betriebsparameter der Bemusterungseinheit 20 in geeigneter Weise ein. Bei Bedarf kann auch die oben beschriebene Reduzierung der Fördergeschwindigkeit erfolgen. Ferner ist zu beachten, dass nicht notwendigerweise für jedes einzelne Werkstück 2 eine Anpassung der Fördergeschwindigkeit erfolgen muss, und dass die Vorrichtung 1 auch für unterschiedliche Werkstücke 2 innerhalb einer gewissen zulässigen Bandbreite der Fördergeschwindigkeit und Betriebsparameter arbeiten kann.

Anschließend erreicht das Werkstück 2 die Bearbeitungseinheit 10 und wird dort mittels des Bearbeitungswerkzeugs 12 im Bereich seiner Schmalfläche 2' bearbeitet. Im nächsten Schritt wird die bearbeitete Schmalfläche 2' mittels der Bemusterungseinheit 20 bemustert, und anschließend führt die Überprüfungseinheit 50 eine Überprüfung der bemusterten Oberfläche 2' durch. Das Überprüfungsergebnis der Überprüfungseinheit 50 wird an die Steuereinheit 40 übertragen, die bei Vorliegen definierter Abweichungen des Überprüfungsergebnisses von der gewünschten Bemusterung eine Anpassung der Betriebsparameter der Bemusterungseinheit 20 vornimmt. In bestimmten Fällen kann bei Abweichungen auch eine Anpassung der Bearbeitungseinheit 10 (beispielsweise auf eine andere Drehzahl des Werkzeugs) oder der Fördereinheit 30 (beispielsweise auf eine andere Fördergeschwindigkeit) erforderlich sein, falls diese Parameter sich im jeweiligen Fall auf die Qualität des Bemusterungsergebnisses auswirken können.