Qualität, Effizienz und Flexibilität in der Automobillackierung weiter erhöhen

Lackiertrends in der Automobilindustrie auf der 7. Leitmesse für industrielle Lackiertechnik vom 17. bis 20. April 2018 in Karlsruhe

Veränderte Kundenwünsche, steigende Qualitätsansprüche, immer schnellere Modellwechsel, der weiter zunehmende Einsatz von Leichtbautechnologien sowie die fortschreitende Digitalisierung und Vernetzung von Fertigungsprozessen beschäftigen die Automobil- und Zulieferindustrie auch, wenn es um die Fahrzeuglackierung geht. Unternehmen aus der industriellen Lackiertechnik arbeiten in allen Bereichen an innovativen Lösungen, um die aus diesen Trends resultierenden Anforderungen effizient zu erfüllen.

Eine attraktive Optik und einen optimalen Schutz der Blechhaut – das sind die klassischen Aufgaben der Automobillackierung. Die Anforderungen haben sich dabei allerdings in vielfältiger Weise gewandelt. So wird im Außen- und Innenbereich eine immer stärkere Individualisierung gefordert, aus der letztendlich die Losgröße 1 resultiert. Karosserie und Komponenten werden zunehmend aus Materialkombinationen gefertigt, die zu einer Verringerung des Fahrzeuggewichts und damit des Verbrauchs beitragen. Durch die Trends zu Car-Sharing, Elektromobilität und autonomem Fahren ergeben sich auch für die Lackiertechnik neue Aufgaben und Anforderungen, ebenso wie durch die fortschreitende Digitalisierung und Vernetzung der Produktionsprozesse. Aspekte wie die Erhöhung der First-Run-Quote und Anlagenverfügbarkeit sowie der Material- und Energieeffizienz spielen bei der Umsetzung dieser Aufgaben im globalen Markt eine wichtige Rolle. Die Unternehmen aus der Lackiertechnikindustrie arbeiten dafür in allen Bereichen entlang der Prozesskette an der Verbesserung von bestehenden und der Entwicklung von neuen Lösungen.

Angepasste Vorbehandlung

Bei Mischbauweisen stellt insbesondere der Einsatz von kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) in Kombination mit metallischen Bauteilen noch eine Herausforderung dar. Einerseits sind hier noch viele Zwischenschritte mit Schleifen und Spachteln erforderlich, um eine Class A-Oberfläche zu erzeugen. Andererseits geht es darum, elektrochemische Korrosion an den Kanten der CFK-Bauteile zu vermeiden, die nach der Bearbeitung durch den Kontakt freistehender Kohlefasern mit metallischen Komponenten entstehen kann. Zu diesen Themen laufen verschiedene Projekte unter anderem mit dem Ziel, ein Verfahren für eine entsprechende Kantenversiegelung zu entwickeln.

Bei der Vorbehandlung problematisch können für temperaturempfindliche Leichtbaumaterialien wie Kunststoffe und Composites auch die hohen Einbrenntemperaturen nach der kathodischen Tauchlackierung (KTL) von 180 °C bis 200 °C sein. Lacklieferanten arbeiten hier an Lösungen, die mit einer deutlich geringeren Einbrenntemperatur auskommen. Dabei muss jedoch auch sichergestellt werden, dass bei diesen Temperaturen weitere Prozessschritte wie die Aushärtung von Klebstoffen, Dichtungsmitteln und Bake-Hardening-Legierungen zuverlässig ablaufen können. Die aufwendige Qualitätskontrolle des KTL-Auftrags, die nach wie vor mit zerstörenden Verfahren erfolgt, kann durch geeignete Simulationen reduziert oder auch komplett ersetzt werden.

Für die Vorbehandlung von Bauteilen aus Kunststoffen und CFK wird das klassischerweise eingesetzte Powerwashsystem mit nachgeschaltetem Haftwassertrockner immer häufiger durch alternative Technologien wie CO2-Schneestrahlreinigung, Plasmaverfahren oder Dampfreinigungstechnik ersetzt. Grund dafür ist neben signifikanten Kosten-, Platz- und Energieeinsparungen die Möglichkeit, diese Alternativen einfach in eine vernetzte Fertigung zu integrieren und zu ­steuern.

Bei der Lackierung von Kunststoffteilen ist die CO2-Schneestrahlreinigung aufgrund deutlicher Kosten-, Platz- und Energieeinsparungen sowie der einfachen Einbildung in vollautomatisierte Prozesse weiter auf dem Vormarsch (Bild: acp – advanced clean production GmbH)

 

Hocheffiziente Lackierprozesse

Nicht ganz neu aber nach wie vor hochak­tuell ist das Thema füllerlose Lackierung. Die Funktion des Füllers übernimmt bei diesem so genannten integrierten Konzept üblicherweise ein Lacksystem auf Wasserbasis. Abhängig von der mit dem füllerlosen Prozess erreichbaren Appearance, dem Farbton und den Qualitätsanforderungen stellt der konventionelle Prozess mit Füller, Basis- und Klarlack, bei dem die Applikation nass-in-nass ohne zwischengestaltete Trocknung ­erfolgt, die effizientere Alternative dar.

Bei der Optik geht der Trend immer mehr zur Mehrfarbigkeit und individuellen Lackierungen. Ziel dabei ist, ohne Maskierung lackieren zu können beziehungsweise den Aufwand dafür deutlich zu reduzieren. Realisiert wurde eine maskierungsfreie Lackierung bereits in der Luftfahrtindustrie bei der Beschichtung von Seitenleitwerken, in die mit Einzeltröpfchen eine Dekoration oversprayfrei eingearbeitet wird. Ein anderer Ansatz stellt eine Sprühfolie dar, die mittels Roboter kantenscharf aufgetragen und anschließend einfach wieder abgezogen werden kann.

Durch ein neues Fördersystem, das Karosserien skidlos (d. h. ohne die sonst üblichen Gestelle) durch die Lackiererei transportiert, können einerseits die Energiekosten gesenkt werden, da keine Gestelle beziehungsweise sonstige Teile des Transportsystems mehr aufgeheizt und abgekühlt werden ­müssen. Andererseits erhöht es die Flexibilität im Lackierprozess, denn die Geschwindigkeit kann je nach Prozessschritt angepasst werden. Taktzeiten und Durchsatz lassen sich auf diese Weise flexibel gestalten und ­optimieren.

Dekor- und Funktionsteile für den Fahrzeuginnenraum sowie Zierleisten, zum Beispiel Säulenverkleidungen im Karosseriebereich, werden üblicherweise im Kunststoffspritzguss hergestellt. Die Oberflächen von diesen Komponenten stellen ganz individuelle Anforderungen hinsichtlich optischer und haptischer Eigenschaften sowie deren Beständigkeiten. Diese lassen sich durch weiter­entwickelte Lösungen des bewährten RIM-Gießlackverfahrens umsetzen. Die beiden Lackkomponenten werden während des Urform- beziehungsweise Hinterspritzprozesses in die Form injiziert. Kommt als drittes Element Farbe hinzu, ermöglichen 3K-Mischköpfe diese direkt am Teil einzuspritzen; ein Farbwechsel erfolgt dabei so schnell und einfach wie bei einer Spritzlackierung. Dies ermöglicht, im One-Shot-Verfahren fertig beschichtete Bauteile herzustellen.

Bei der klassischen Spritzlackierung von Kunststoffteilen für den Fahrzeuginnenraum sorgen Einschichtsysteme für eine Reduzierung von Prozessschritten, wodurch neben Zeit- und Materialeinsparungen auch Durchsatzerhöhungen realisiert werden können. Für den Schutz von edlen Holzdekoren stehen ebenfalls neu entwickelte Lacksysteme zur Verfügung. Damit kann eine Decklackierung sowohl im konventionellen Handspritzverfahren als auch im automatisierten Spritzlackierprozess bei Raumtemperatur in rund drei Stunden erfolgen. Im Vergleich zu bisher eingesetzten Systemen werden fünf Stunden eingespart, was zu einer beachtlichen Produktivitätssteigerung beiträgt.

Durch ein neues Lacksystem auf Polyurethan­basis lassen sich bei der Beschichtung von offenporigen Holzdekoren im Vergleich zu bisherigen Lösungen beim Komplettaufbau bis zu 78 % Zeit einsparen (Bild: Votteler Lackfabrik GmbH)

Text zum Titelbild: Der skidlose Transport von Karosserien sorgt für Energieeinsparungen und erhöht die Flexibilität bei deren Lackierung, da die Transportgeschwindigkeit je nach Prozessschritt angepasst werden kann (Bild: Eisenmann SE)

 

Applikationstechnik mit ­verbessertem Wirkungsgrad

Ziel bei der Applikation sind Verfahren, die eine Beschichtung ohne ­beziehungsweise mit signifikant reduziertem Overspray ermöglichen. Solange diese Lösungen nicht realisiert sind, hat ein hoher Lackauftragswirkungsgrad höchste Priorität. Die Unternehmen nutzen dafür unterschiedliche Optimierungspotenziale wie die Modifikation der Luftlenkeinheiten und Glockenteller sowie der Einstellbarkeit des Sprühstrahls. Diese Zerstäuber für wasserbasierende Lacke lassen sich aufgrund ihrer Flexibilität sowohl für die Lackierung unterschiedlicher Kunststoffteile als auch für Kombizonen im Innen- und Außenbereich von Fahrzeugen einsetzen. Dabei sorgen kompakte Abmessungen für eine gute Zugänglichkeit auch in geometrisch komplexen Bereichen. Darüber hinaus zeichnen sich die neuen Zerstäuber durch robuste Hochspannungstechnik und geringe Verschmutzung aus, sodass sich der Reinigungsaufwand verringert. Bei der Reinigung der Lackapplikationssysteme unterstützt eine neue, VOC-freie Spültechnologie den schnellen Wechsel von Farben und Lacksystemen und erhöht damit die Flexibilität und Produktivität des Lackierprozesses.

Bei der Oversprayabscheidung geht der Trend eindeutig zu Trockenabscheidesystemen. Die Kabinenluft lässt sich damit weitgehend im Kreislauf führen. Außerdem entfällt die bei Nassabscheidedesystemen erforder­liche Entfeuchtung der Luft und die dafür notwendige Energie kann eingespart werden.

Um den Lackauftragswirkungsgrad bei Zerstäubern weiter zu erhöhen, nutzen die Hersteller verschiedene Optimierungsmöglichkeiten, wie etwa einstellbare Sprühstrahlbreiten sowie die Modifikation der Luftlenkeinheiten und Glockenteller (Bild: Dürr Systems GmbH)

 

Innovative Trocknertechnologie

Spürbare Einsparungen bei Energie und Platzbedarf in der Karosserielackierung ermöglichen auch neue Trockner. Umgesetzt wurde beispielsweise ein Ofen, bei dem Brenner und Ventilatoren in die Seitenwände des Trocknertunnels integriert sind, was ihn nicht nur kompakter und platzsparender macht, sondern auch die Strömungsverluste verringert. Durch Schwenkdüsen lassen sich Temperatur und Luftströme optimal an verschiedene Karosserietypen und -bereiche anpassen. Dadurch kann beispielsweise bei Elektrofahrzeugen sichergestellt werden, dass die erhöhte Materialstärke im Schwellerbereich ebenso bedarfsgerecht aufgeheizt wird wie Bereiche, in denen Substrate mit nur geringer Materialstärke verbaut sind. Ein weiteres Merkmal des neuen Trockners ist der lastabhängige Betrieb, der ebenfalls zur spürbaren Verringerung der Betriebskosten beiträgt.

Die bisher häufig noch visuell von Werkern durchgeführte Lackfilmkontrolle beschichteter Karosserien führt zu Ermüdung und ist damit eine Fehlerquelle. Neue Lösungen wie beispielsweise mit energiesparender LED-Technik ausgestattete Lichttunnel, in denen die Karosserie homogen und weitgehend blendfrei ausgeleuchtet werden, ermöglichen hier ergonomische Arbeitsplätze und eine verringerte Fehlerquote. Gleichzeitig können die Daten der Kontrolle automatisch erfasst und an die Produktionssteuerung übermittelt werden.

Neue Trocknerkonzepte mit in den Trockner­tunnel integrierter Beheizung und schwenkbaren Düsen ermöglichen neben signifikanten Einsparungen bei Energie, Platz und Baukosten die bedarfsgerechte Aufheizung von unterschiedlichen Karosserietypen und Karosseriebereichen (Bild: Eisenmann SE)

 

Paint Shop 4.0 und Machine Learning

Ein leistungsfähiges MES-System (Manufacturing Execution System), das die Produktion überwacht und steuert, ist der Schlüssel einer effizienten Fertigung. Die Integration der in den verschiedenen Bereichen der Lackiererei durch Sensorik erfassten Daten ermöglicht, den Prozess effektiver zu gestalten. Werden die wesentlichen Informationen über Anlagenzustand, Prozesse und Produkte analysiert und miteinander verknüpft, können die Anlagen darüber hinaus durch wissensbasierte Algorithmen intelligent und selbst­regulierend gemacht werden. Entsprechende Lösungen stehen bereits für verschiedene Bereiche der Lackiererei wie beispielsweise das Luftmanagement von Lacktrocknern und die vorbeugende Instandhaltung zur Verfügung.

Die selbstprogrammierende ­Lackierzelle für die Beschichtung von Produkten in Losgröße 1 ist ebenfalls keine Fiktion mehr. Sie wurde in einem Forschungsprojekt entwickelt und ermöglicht einen automatischen Lackierprozess in fünf Schritten: Das zu lackierende Objekt wird zunächst dreidimensional gescannt und anhand der Scan­daten eine fluiddynamische Simulation erstellt. Dabei werden die Flugbahn der Lackteilchen ermittelt und bestimmt, welche Lack- und Luftmengen für die gewünschte Schichtdicke optimal sind. Anhand dieser Daten legt das System im dritten Schritt die bestmögliche Roboterbahn für den Lackierprozess fest. Daran schließt sich der eigentliche Lackierprozess an, dem im fünften Schritt eine Qualitätskontrolle in Tetrahertz-Technik nach­geschaltet ist.Doris Schulz

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