Elektrostatik neu definiert – eine neue Zerstäubergeneration für mehr Leistung bei geringerer Komplexität

Fachartikel Application Technology

30.06.2010

Höhere Leistung, Verfügbarkeit, Flexibilität zu reduzierten Kosten, das sind Themen, die uns heute mehr denn je bewegen. Auch in der Lackierung und ganz besonders bei der elektrostatischen Wasserlackapplikation. Hier sind die unterschiedlichsten Lösungen auf dem Markt, die jedoch entweder zu aufwändig und damit zu teuer sind, oder nicht die erforderliche Flexibilität bieten. Eine neue Zerstäubergeneration von Dürr erfüllt in idealer Weise alle diese Anforderungen und wird neue Impulse für die Lackierung von Morgen liefern.

Man muss nicht weit zurückdenken, da war die Welt der Applikationstechnik in der Karosserielackierung noch zweigeteilt. Für die Innenlackierung und den zweiten Basislackauftrag auf Außenflächen setzte man pneumatische Zerstäuber ein, für alle anderen Außenumfänge Hochrotationszerstäuber mit elektrostatischer Lackaufladung. Die Nachteile dieser Aufteilung: hohe Lacknebelverluste der pneumatischen Applikation, unterschiedliche Systeme und Prozesse in einer Linie, mangelnde Flexibilität. Seit dieser Zeit hat sich viel verändert. Der zweite Basislackauftrag wird bei fast allen OEM mit der effektiven elektrostatischen Applikation durchgeführt. Dieses, im Fachjargon Bell/Bell genannte Verfahren ist mittlerweile Stand der Technik geworden. Nun stellte sich die Frage, ob auch für die Innenlackierung die elektrostatische Applikationstechnik eingesetzt werden kann. Die Antwort: im Prinzip ja, jedoch mit zwei Voraussetzungen, die zu erfüllen sind. Erstens: der Zerstäuber muss kompakt sein, um eine Erreichbarkeit aller zu lackierenden Flächen zu gewährleisten und zweitens: die Lackstrahlbreite muss in einem weiten Bereich, einstellbar sein. Idealerweise sollte dieser Zerstäuber nicht nur für die Innenlackierung einsetzbar sein, sondern auch für Außenflächen.

Soweit die Zielvorgaben. Die Umsetzung in die Praxis haben die Entwickler von Dürr mit einer hohen Priorität vorangetrieben. Die hohe Flexibilität bei der Strahleinstellung wird bereits bei den HD und HX Typen der EcoBell2 durch ein Glockenteller-Lenkluftsystem erzielt, welches über zwei voneinander unabhängige Lenklüfte verfügt. Der kompakte Zerstäuber ist jedoch eine weit anspruchsvollere Forderung, insbesondere bei der Applikation von Wasserlacken. Eine Außenaufladung mit dem Elektrodenring in der bisherigen Form ist wegen seiner Größe nicht einsetzbar und für eine Direktaufladung des Lackmaterials ist eine Potenzialtrennung erforderlich. Dieser Fakt führte in der letzten Zeit zur Entwicklung und dem Einsatz unterschiedlich­er Systeme. Die Variantenvielfalt reicht hier von Kanistertechnik, über Andocksysteme, Systeme auf Molchbasis, bis hin zur Potenzialtrennung mit Hilfe von Dosierzylindern, die auf dem Roboterarm installiert sind. Bei näherer Betrachtung der unterschiedlichen Systeme stellt man allerdings fest, dass keines die an die Wasserlackapplikation gestellten Anforderungen gleichermaßen gut erfüllt. So sind sie entweder in ihrer Leistungsfähigkeit eingeschränkt, wegen ihrer Größe nicht wirklich für die Innenlackierung geeignet oder zu komplex und damit zu teuer. Eine hohe Leistungsfähigkeit bei geringer Komplexität bietet lediglich die Außenaufladung. Dieses Prinzip für die Innenlackierung einsetzbar zu machen, war der Ausgangspunkt für die Entwicklung einer neuen Zerstäubergeneration, der EcoBell3.

Eine neue Zerstäubergeneration, das ist für Dürr nicht einfach nur eine weitere Variante der EcoBell2, sondern ein komplett neuer Zerstäuber. Seine Leistungsfähigkeit übertrifft selbst­verständlich diejenige des Vorgängers bei weitem. Seine neuen Features werden nicht nur zu minimalen Farbwechselverlusten und kurzen Farbwechselzeiten führen, sondern neue prozesstechnische Optionen anbieten. Das wichtigste aber ist: die EcoBell3 ist gleichermaßen für die Innen- wie auch für die Außenlackierung geeignet. Erreicht wurde dies durch einen sehr kompakten Elektrodenring. Damit stellt dieser Zerstäuber die ideale Synthese zwischen hoher Leistung und Prozessflexibilität einerseits und niedrigster Komplexität andererseits dar.

Ein absolutes Novum: die Innenlackierung mit einem Hochrotationszerstäuber und Außenaufladung. Möglich mit der EcoBell3, der neuen Zerstäubergeneration von Dürr.

 

Außenapplikation mit der EcoBell3: hohe Leistung, geringe Komplexität

Was bedeutet der Einsatz der EcoBell3 nun konkret für den Anwender in der Praxis? In einem der ersten Aufträge mit diesem Zerstäuber für einen  Sportwagenhersteller, die geplante Kapazität der Anlage lässt dies zu, wird die Innen- und Außenlackierung in einer Zone zusammengefasst. Der Vorteil, der sich daraus ergibt ist beträchtlich: eine signifikante Reduzierung der Anlagenlänge, und der Roboteranzahl und somit eine Reduzierung des Invest und der Betriebskosten. Ist eine Aufteilung der Innen- und Außenlackierumfänge auf verschiedene Zonen erforderlich, und dies ist sicherlich der Normalfall in einer Lackiererei, so können die Arbeitsumfänge beim Einsatz der EcoBell3 in der Weise auf alle Roboter verteilt werden, dass eine optimale Auslastung erfolgt. Zusätzlich eröffnet sich hier die Möglichkeit der Degrade-Funktionalität. Dies bedeutet, dass beim Ausfall eines Roboters die verbleibenden Roboter den Lackierumfang mit abdecken können. Eine Funktion, die sogenannte Backup-Zonen mit manueller Applikation überflüssig macht. Auch hier werden Anlagenlänge und Betriebskosten signifikant reduziert. Kleine Ursache, große Wirkung.

Die Zukunft erfordert mehr denn je flexible Fertigungskonzepte. Im Bereich der Lackapplikation ist es nun durchaus vorstellbar, das bisherige, wenig flexible Konzept einer Lackierlinie in einzelne Zonen aufzulösen und diese parallel anzuordnen. Dieses sogenannte „Boxenkonzept“ bietet interessante Möglichkeiten: nur zwei Roboter reichen aus, um das Fahrzeug vollständig zu lackieren. Vollständig bedeutet in diesem Zusammenhang mit Füller, Basislack und Klarlack, außen wie innen. Was aus prozesstechnischer Sicht durch die Einführung von 3wet Lackierprozessen, die ohne Zwischentrocknung auskommen heute bereits möglich ist, wird mit der EcoBell3 jetzt auch aus Sicht der Applikationstechnik realisierbar. Der Effekt dabei: eine deutliche Reduzierung der Farbwechselverluste. Und da der Transport zwischen den einzelnen Lackaufträgen entfällt, bedeutet dies, dass der Anteil der Prozesszeit im Verhältnis zur gesamten Taktzeit zunimmt. Apropos Taktzeit: in einer Lackierlinie wird sie durch das größte Fahrzeug bestimmt. Nicht so bei einem Boxenkonzept. Hier kann in jeder Box eine individuelle, der Fahrzeuggröße und dem Prozess angepasste Taktzeit gefahren werden. So kann die Kapazität der Gesamtanlage erhöht werden, was zu reduzierten Stückkosten führt. Zuletzt sollte ein in der heutigen Zeit zunehmend bedeutender Vorteil dieses Konzeptes nicht unerwähnt bleiben, die Flexibilität hinsichtlich der Anlagenkapazität. So lässt sich die Kapazität einer Anlage nach diesem Konzept durch die Installation zusätzlicher Boxen stufenweise erhöhen. Genauso kann auf Auslastungs­probleme reagiert werden, in dem einzelne Boxen abgeschaltet werden.

 

Die EcoBell3 eröffnet interessante, hochflexible Layout-Möglichkeiten, z.B. das Boxenkonzept. Komplett­lackierung mit nur zwei Robotern möglich, individuelle Taktzeit in Abhängigkeit von Fahrzeuggröße, Prozess und Lackierumfang, Flexible Anpassung an Kapazitätsanforderungen durch Zu-/Abschalten einzelner Boxen.  

Aber nun zurück zur Realität: ein wichtiges Einsatzgebiet für die EcoBell3 wird die Stoßfänger- und Kunststoffanbauteile-Lackierung werden. Aus der Sicht der Applikation vereint der Stoßfänger die Außen- und Innenlackierung in einem Bauteil. Es müssen große Flächen abgedeckt werden genauso wie Detailbereiche mit einer zum Teil sehr komplexen Geometrie, die fertigungstechnisch so nur bei Kunststoffteilen realisierbar ist. Erschwert wird der Lackiervorgang durch die Tatsache, dass die einzelnen Teile üblicherweise eng zueinander auf dem Warenträger positioniert werden und zu allem Überfluss die Taktzeiten und Taktabstände sehr knapp bemessen sind. Was bedeutet das alles für die Applikation? Einen kompakten, leistungsfähigen Zerstäuber mit einer hohen Flexibilität bezüglich der Strahlformung, mit der Möglichkeit des kontinuierlichen Lackierens ohne Unterbrechung. Die EcoBell3 erfüllt diese Bedingungen ohne wenn und aber. 

 

Stoßfängerlackierung mit der EcoBell3. Hier wird die hohe Flexibilität unter Beweis gestellt: breiter Strahl für große Flächen, enger Rundstrahl für Detailflächen. Stör­konturen erfordern einen kompakten Zerstäuber.

Werfen wir einen kurzen Blick auf das Gesamtsystem „Lackierroboter“. Dieses besteht aus dem Roboter selbst und der integrierten Applikationstechnik. Integriert ist hierbei wortwörtlich zu verstehen. Es werden keine zusätzlichen Ventil- und Applikationsschränke benötigt. Zusammen mit dem neuen linearen Farbwechsler, dem EcoLCC, und der kompakten Dosierpumpe, weist der Roboter einen sehr schlanken Arm auf. Ideal für Anwendungen mit einer reduzierten Zugänglichkeit. Die Applikationstechnik ist, wie bereits im Detail beschrieben, für alle Lackieraufgaben konzipiert. Ein hoher Auftragswirkungsgrad und minimale Farbwechselverluste sind die wichtigen Merkmale dieses einfachen und kompakten Gesamtsystems.

Das Gesamtsystem für die elektrostatische Applikation von Wasserbasislacken von Dürr. Einfach und kompakt. Die Features: EcoBell3, Integration der gesamten Lackapplikation im Roboter, schlanker Roboterarm mit linearem Farbwechselsystem EcoLCC und Dosierpumpe für minimale Farbwechsel­verluste und Farbwechselzeiten. 

Die Beispiele dieses Beitrags zeigen mit großer Deutlichkeit, welche Bedeutung der Zerstäuber für den Lackierprozess hat. Die EcoBell3 bietet viele Vorteile und Möglichkeiten, nicht zuletzt leistet sie einen deutlichen Beitrag zur Effizienz im Umgang mit Energie und Ressourcen. Unter diesem Motto stand übrigens auch die diesjährige Open House Veranstaltung von Dürr im März. Die EcoBell3 wurde dort als eines der Highlights präsentiert.

Literatur:

Schumacher, Hans: Neuentwicklung in der Applikationstechnik – mehr Leistung bei geringerer Komplexität. Automotive Circle International, Bad Nauheim, 16.-17. November 2009

Svejda, Pavel: Ein Zerstäuber für alle Fälle – kurze Lackierlinien durch neues Applikationskonzept. Journal für Oberflächentechnik, JOT 9, 2009 

Autor:

Dr.-Ing. Pavel Svejda
Dürr Systems GmbH
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