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21.04.2018

Automobillackierung

Automobillackierung: 20.03.2018

Schwarz-Hochglanzlackierung

Herausforderung für eine hohe First-run-Quote

Die Schwachstellenanalyse von Beschichtungsprozessen ist ein komplexer Vorgang, den das Fraunhofer IPA ganzheitlich durchführen kann. Gerade Schwarz-Hochglanzbeschichtungen bieten für die Analysen vielfältige Ansatzpunkte. Wie Fachexperten wissen, sind in kaum einer anderen Beschichtungstechnologie mit großen Stückzahlen, verbunden mit den hohen Qualitätsansprüchen der Automobilindustrie, die Herausforderungen an alle Prozesse derart schwierig wie im Falle von Schwarzhochglanz.

Die Beschichtungsstörung beseht aus Lackmaterial. Grafik: Fraunhofer IPA

Die Beschichtungsstörung beseht aus Lackmaterial. Grafik: Fraunhofer IPA

Hochempfindlich

Jeder noch so kleine Fehler im Substrat, unzureichende Lagerbedingungen des Spritzgussteils, keine optimale Prozessführung in der Reinigung und Lackierung der Bauteile führen unweigerlich zum Ausschuss. First-run-Quoten von unter 30% sind keine Seltenheit. Umso wichtiger ist daher, zur kontinuierlichen Verbesserung, eine Betrachtung der gesamten Prozesskette in Verbindung mit Schwachstellenanalysen und ergänzender Fehleranalytik. Kunststoffteile für den Interieurbereich werden oftmals in einer Flachbettlackieranlage beschichtet. Eine effektive Reinigung der Teile aus dem Spritzguss und/oder aus einem Hochregallager ist speziell für Schwarz-Hochglanzbeschichtungen essentiell. Ein ausschließliches Ablasen der Teile mit aufbereiteter Druckluft ist bei weitem nicht ausreichend. Es kommen daher meist zusätzlich nasschemische Verfahren oder CO2-Schneestrahlreinigung zum Einsatz. Die vom Fraunhofer IPA durchgeführte Schwachstellenanalyse bei einem Automobilzulieferer ergab u.a., dass sich mit der vorhandenen CO2-Reinigung die Verunreinigungen auf der Oberfläche zwar effektiv entfernen lassen, die Partikel aber nicht ausreichend abgeführt werden und es somit zu einer erneuten Kontamination kommt. Bei großflächigen Bauteilen, bei denen eine Abführung der Partikel noch schwieriger ist, konnten daher nur First-run-Quoten von < 10% erzielt werden. Die Modifikation der Luftführung durch den zusätzlichen Einbau von Ableitblechen, die Veränderungen der Parametereinstellungen bei der CO2-Reinigung sowie speziell für die großflächigen Teile eine zusätzliche Reinigung mit einer nachgeschalteten Schwertbürste führten zu einer Steigerung der First-run-Quoten auf zunächst über 40%. Die zu beschichtenden Teile wurden nach dem Spritzguss vollautomatisiert in Lackierwarenträger auf einem Grundrahmen platziert und als 8-er Stapel in ein Hochregallager vor der Lackierung eingelagert. Dieser 8-er Verbund wurde dann als ein 2 x 4-Paket der Lackieranlage zugeführt.

Bild 1: Deutlich ist im Querschliff eine Beschichtungsstörung zu sehen.

Bild 1: Deutlich ist im Querschliff eine Beschichtungsstörung zu sehen.

Lufthaushalt

Die Schwachstellenanalyse des Lufthaushalts ergab zum einen eine ungenügende, inhomogene Luftsinkgeschwindigkeit, was u.a. zu einer unzureichenden Abführung des Oversprays  und als Folge zu einer extremen Kabinenverschmutzung führte. Erschwerend kam hinzu, dass sich der Overspray, durch die paketweise Fahrweise der Lackierwarenträger, als Agglomerat auf den Bauteilen niederschlug. Neben der zwingend notwendigen Anpassung des Lufthaushalts auf die Erfordernisse wurde unter Berücksichtigung der geforderten Taktzeit und Stückzahlen die Fördertechnik dahingehend optimiert, dass die einzelnen Warenträger mit einem Abstand zu dem jeweils nächsten Warenträger transportiert wurden und somit eine Lücke entstand. Dies ermöglichte eine hinreichende vertikale Luftströmung und eine ausreichende Abführung des entstehenden Oversprays mit dem Ergebnis einer deutlichen Steigerung der First-run-Quoten und drastischen Reduzierung der Reinigungszeiten. Eine Fehleranalytik mittels moderner Verfahren lieferte für viele Beschichtungsstörungen darüber hinaus wichtige Hinweise auf den Entstehungsort. Von großem Vorteil war vor allem, dass sowohl die Anlagenoptimierung vor Ort, wie auch die analytischen Untersuchungen vom Fraunhofer IPA durchgeführt wurden. Dadurch war ein sehr zielgerichteter und vor allem schneller Ergebnistransfer gewährleistet. So konnte beispielweise einer Beschichtungsstörung durch konfokale Raman-Spektroskopie eindeutig Lackmaterial mit der Ursache einer porösen Dichtung zugeordnet werden (Foto 1 und Grafik 2). Die Analyse anderer niO-Bauteile mittels FIB/REM/EDX ergab Fremdpartikel im oberen Bereich des Einschichtaufbaus, so dass die Ursache für diesen Fehler im Bereich "nach Lackierung, vor Härtung" zu finden war (Foto 3).

Bild 3: Im oberen Bereich der Lackschicht sind Fremdpartikel auf dem Bauteil zu sehen.

Bild 3: Im oberen Bereich der Lackschicht sind Fremdpartikel auf dem Bauteil zu sehen.

Sensibilisierung vonnöten

In Summe wurden in diesem Projekt über 100 Schwachstellen mit Maßnahmen belegt und in gemeinsamer Abstimmung mit dem Auftraggeber erfolgreich umgesetzt.  Wichtig war in diesem Zusammenhang vor allem die Sensibilisierung und Schulung des Anlagen- und Instandhaltungspersonals für das empfindliche Lacksystem Schwarz-Hochglanz. Die hohe Kompetenz und langjährige Erfahrung des Fraunhofer IPA im Bereich Anlagen-, Applikations- und Prozesstechnik über die gesamte Prozesskette Lackierung, verbunden mit den Möglichkeiten, modernste analytische Verfahren einzusetzen, führte in diesem Optimierungsprojekt letztlich zu einer stabilen First-run-Quote von konstant über 75% für Schwarz-Hochglanzlackierungen.

Zum Netzwerken:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA,Stuttgart, Dr. Michael Hilt, Tel. +49 711 970-3820, michael.hilt@ipa.fraunhofer.de, Dr. Volker Wegmann, Tel. +49 711 970-3832, volker.wegmann@ipa.fraunhofer.de, www.ipa.fraunhofer.de/beschichtung

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