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15.11.2019

Automatisierungstechnik

Automatisierungstechnik: 18.06.2018

Bis zu 20% Lack sparen

Verbreiterung des dynamischen Spritzbilds bei gleichzeitiger Erhöhung des Auftragswirkungsgrads

Mit Hilfe der "airmatic-Zerstäubungsoptimierung" können Lackieranlagenbetreiber den Auftragswirkungsgrad bei luftzerstäubenden Applikationsverfahren steigern und somit den Lackverbrauch senken. Entwickelt hat diese innovative Technik die ensutec Products GmbH. Im Mittelpunkt eines bis Ende 2018 laufenden Förderprojekts der Deutschen Bundesstiftung für Umwelt (DBU) steht die Untersuchung, in welchem Umfang sich ökonomische und ökologische Verbesserungen durch die "airmatic-Zerstäubungsoptimierung" realisieren lassen.

Durch weniger Verschmutzung fällt weniger Ausschuss an. Fotos/Grafik: ensutec Products

Durch weniger Verschmutzung fällt weniger Ausschuss an. Fotos/Grafik: ensutec Products

Dieses Projekt führt ensutec Products aktuell in Technikums- und Feldversuchen in Zusammenarbeit mit der Lothar Bix GmbH sowie der Hochschule Esslingen durch. Die Hochschule übernimmt dabei die wissenschaftliche Begleitung und Auswertung der Untersuchungen und unterstützt mögliche Weiterentwicklungen und Erweiterungen.

Weniger Overspray

Die Ergebnisse eines Feldversuches verdeutlichen die Vorteile für den Anwender: Durch den Einsatz der Zerstäubungsoptimierung lassen sich die radialen Verteilungen der mittleren Tropfengrößen deutlich homogenisieren. Eine zunehmende Verfeinerung des Sprays zum Rand hin findet nicht mehr statt, weshalb der Overspray geringer wird. Durch Messungen mittels WaveScan ließ sich zeigen, dass sich die dargestellten Veränderungen der Spritzstrahleigenschaften nicht auf die Appearance auswirken. Long- und Shortwave-Werte sowie der DoI entsprechen ohne Einschränkungen den Vorgaben. Aufgrund der Veränderung der Zerstäubung kommt es auch zu einer Veränderung der Schichtdickenverteilungen – die charakteristischen Strahlbreiten der erhaltenen dynamischen Spritzbilder erhöhen sich. Die Vermessung der Spritzbilder erfolgte automatisch auf einem Schichtdickenmesstisch. Durch die hohe Anzahl an Einzelmessungen und eine zweifache Durchführung konnten Messfehler minimiert und die Ergebnisse statistisch abgesichert werden.

Eine gleichmäßigere Tropfengrößenverteilung sorgt für eine optimierte Zerstäubung.

Eine gleichmäßigere Tropfengrößenverteilung sorgt für eine optimierte Zerstäubung.

Parallele Volumenstrommessungen schlossen aus, dass die Veränderungen der Zerstäubung und der dynamischen Spritzbilder aus veränderten Luftmengen resultierten. Die Luftmengen blieben im Rahmen der Messgenauigkeit (ca. ± 2%) konstant. Zusätzlich zur breiteren Schichtdickenverteilung sind die Auftragswirkungsgrade signifikant höher. In Übereinstimmung mit den erhaltenen Verbesserungen des Auftragswirkungsgrads konnte z.B. eine Erhöhung der mittleren Schichtdicken von ca. 20 μm zwischen 5 und 15% beobachtet werden. Bei gleicher Zielschichtdicke können Anlagenbetreiber daher die verbrauchte Farbmenge um den gleichen Prozentsatz reduzieren, was in entsprechendem Umfang zu einer Lackeinsparung führt. Das System wird zusätzlich zur bestehenden Applikationstechnik eingesetzt und ist jederzeit nachrüstbar. In der Regel sind keine wesentlichen Veränderungen an der Lackier­anlage notwendig.

Die Messung der mittleren Tropfengröße erfolgte mittels Laserbeugungsspektrometrie. Bei Einsatz der „airmatic-Zerstäubungsoptimierung“ homogenisieren sich die mittleren Tropfengrößen deutlich.

Die Messung der mittleren Tropfengröße erfolgte mittels Laserbeugungsspektrometrie. Bei Einsatz der "airmatic-Zerstäubungsoptimierung" homogenisieren sich die mittleren Tropfengrößen deutlich.

Die "airmatic" ist inzwischen in nahezu jedem Bereich der Oberflächenbeschichtung im Einsatz und alle gängigen Applikationsverfahren wurden bereits erfolgreich ausgerüstet. Hierzu zählen neben der Handlackierung auch Roboteranlagen, Flächenautomaten, Drehspindelanlagen, Trommelbeschichtungen, Hubgerüste mit festinstallierten Pistolen sowie ESTA-Anwendungen wie z.B. Hochrotationszerstäuber und Pulverbeschichtungsanlagen. Der Automobilzulieferer HUF setzt die "airmatic" an seinem polnischen Standort erfolgreich ein. Hierbei wurden zwei Roboter mit Hochrotationszerstäuber für die Klarlackbeschichtung von Türgriffen mit dem System ausgerüstet. Positive Effekte waren schnell erkennbar: Das Unternehmen spart durchschnittlich zwischen 10 und 15% Lack ein. Außerdem konnte der Glanzgrad auf den Teilen deutlich verbessert werden. Die Reichert Holztechnik GmbH & Co. KG ist ein modernes mittelständisches Unternehmen. Der Lackierspezialist fertigt Mattlack,- Hochglanz- und Strukturoberflächen. Auf seinem Venjakob-Flächenautomaten setzt Reichert seit 2017 die "airmatic-Zerstäubungsoptimierung" ein und profitiert dabei durch eine Lackeinsparung von durchschnittlich 15 bis 20%. Zusätzlich wurden die Standzeiten der Trockenfilter verdoppelt und der Druckluftverbrauch um etwa 25% reduziert.

INFO

Aufbau und Durchführung der Versuche

Die Feldversuche umfassten die Roboter-Applikation eines Klarlacks auf Kunststoff- und Metallsubstraten. Jeder Warenträger umfasste 30 Objekte, davon waren jeweils 15 aus Kunststoff (PC, ABS) und 15 aus Metall. Zum Einsatz kamen Luftzerstäuber mit einer Hornluft von 88 bis 106 Nl/min und einer Zerstäuberluft von 109 bis 135 Nl/min. Die Farbmengen des verarbeiteten Klarlacks wurden konstant gehalten.
Parameter und Zielgrößen:
primäre Zerstäubereigenschaften:

  • Veränderung der Verteilung der mittleren Tropfengröße (Volumenmedian Dv(50))
  • Veränderung des Sb50 (Spritzstrahlbreite bei halbem Schicht­dickenmaximum)
  • Auftragswirkungsgrad (AWG)

Eigenschaften des applizierten Lackfilms: Veränderung der ­mittleren Schichtdicke und der Appearance

Vorteile für Anwender

  • Lackeinsparung bis zu 20%,  Drucklufteinsparung bis zu 25%
  • Erhöhte, lackierfähige Spritzstrahlbreite (Sb50)
  • Gleichmäßigere Tropfengrößenverteilung
  • Weniger Verschmutzung auf der Oberfläche
  • Steigerung der Material- und Energieeffizienz nach DIN EN ISO 50001
  • Weniger Ausschuss und Nacharbeit
  • Reduzierung des Oversprays, höherer Auftragswirkungsgrad
  • Optimierung der Schichtdickenverteilung,
  • Bessere Abscheidung des Lacks auf dem Substrat
  • Statische Entladung der Oberflächen

Zum Netzwerken:
ensutec Products GmbH, Altheim, Thomas Mayer, Tel. +49 7371 96664-20, thomas.mayer@ensutec-products.de, ­ www.ensutec-products.de

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