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26. Sep 2019 // Schienenfahrzeuge

Automatisierte Lackierung von Schienenfahrzeugen

Bei der Lackierung von Schienenfahrzeugen ist eine stetige Steigerung der Anforderungen hinsichtlich der Oberflächenqualität zu beobachten, beispielsweise im Hinblick auf die Standardisierung der Beschichtungsprozesse und deren Absicherung, z.B. über den seit 1. Januar 2017 in Kraft getretenen Deutsche Bahn Standard (DBS) 918340 – eine grundlegende Überarbeitung der bis dahin gültigen TL 918340.

Beispielhafte Visualisierung der Luftströmung in der Simulation. Grafik: Fraunhofer IPA

Beispielhafte Visualisierung der Luftströmung in der Simulation. Grafik: Fraunhofer IPA

Darüber hinaus steigt erfahrungsgemäß auch der Kostendruck für die OEM-Zulieferunternehmen, sodass neben dem Potenzial der Materialkosten auch das Thema Produktivitätssteigerung mehr und mehr in den Fokus gerät.

Vorteile der Automatisierung

Die grundsätzlichen Vorteile einer Automatisierung der Beschichtungsvorgänge mittels Lackierrobotern, die in der Automobilindustrie bereits seit Jahrzehnten Stand der Technik ist, liegen auch bei der Schienenfahrzeuglackierung auf der Hand:

  • Qualitätssteigerung zur Erfüllung der steigenden Kundenanforderungen hinsichtlich Oberflächenverlauf, Schichtdickenkonstanz sowie die Reduzierung von Einschlüssen
  • Output-Steigerung durch reduzierte Lackierzeiten pro Einheit
  • Materialeinsparung durch konstante Parametrierung bei der Applikation sowie der zusätzlich variable Einsatz von Hochrotationszerstäubern
  • Effekte durch Energieeinsparungen in den lufttechnischen Anlagen
  • Gewährleistung der Arbeitssicherheit u.a. in Bezug auf die Arbeitsplatzgestaltung (Ergonomie)

Neben den o.g. Vorteilen einer automatisierten Außenhaut-Lackierung sind jedoch auch einige Randbedingungen zu beachten, die für den Einsatz von 6-Achs-Lackierrobotern möglicherweise ein KO-Kriterium darstellen.

Einpassung in den Bestand

So befinden sich die Produktionsstätten der Hersteller von Schienenfahrzeugen in der Regel in Bestandsgebäuden, die bereits seit Jahrzehnten in der Nutzung sind und u.U. damals nicht auf die heutigen Wagenkastengrößen ausgelegt waren. Demnach müssen bei der Optimierungs-Planung von Bestandsanlagen die geometrischen Gegebenheiten genau betrachtet werden. Für die Installation einer Roboterlackierung muss demzufolge eine gewisse Kabinenbreite zugrunde gelegt werden, da bei einer bodennahen Installation die Roboterbasis auf einer Linearachse (7. Achse) erfolgt. Um zudem die Erreichbarkeit sämtlicher Dachflächen des Wagenkastens zu gewährleisten, ist eine motorgetriebene Höhenanpassung der gesamten Robotereinheit notwendig (8. Achse). Als Faustregel für die lichte Kabinenbreite kann für die beschriebene Installation (unter der Annahme einer Wagenkastenbreite von 3 m) ein Mindestmaß der Kabine von 8 m zu Grunde gelegt werden. Ein alternatives Konzept für die Installation der Roboter ist die deckennahe Führung sowie eine veränderte Hüllkurvencharakteristik des Roboters selbst. Zur Realisierung einer Roboterapplikation im Bereich der Schienenfahrzeuge sind zudem u.a. die folgenden weiteren Rand­bedingungen zu nennen:

  • Einsatz geeigneter Sensorik (und ggf. Aktorik) für die exakte Positionierung der Wagenkästen
  • Sicherstellung der Mitarbeiterqualifikation für die Bedienung, Offline-Programmierung sowie für Instandhaltungsarbeiten
  • Absicherung der optimalen Luftführung von der Filter­decke zum Absaugkanal. Hier kann (im Zweifelsfall) der Einsatz der numerischen Strömungssimulation hilfreich sein (Grafik).

Als weiterer Vorteil einer Roboterapplikation ist (im Hinblick auf die Materialeinsparung) die Platzierung der Farbwechselmodule in den System-Achsen der Roboter zu sehen. Auch diese Technologie ist seit einiger Zeit in der Automobil- und Zulieferindustrie im Einsatz.

Peripherie automatisieren

Neben der Lackierung werden heutzutage auch periphere Oberflächenprozesse zunehmend automatisiert. So sind beispielsweise robotergeführte Schleif- und Strahlprozesse im Serieneinsatz. Das Fraunhofer IPA arbeitet bereits seit Jahrzehnten bei der systematischen Auslegung von Bestands- und Neuanlagen mit allen Herstellern von Lackieranlagen, Applikationsgeräten sowie von eingesetzten Materialien (Lacke, Reinigungs- und Vorbehandlungschemie) zusammen.

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Zum Netzwerken:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart, Dr. Michael Hilt, Tel. +49 711 970-3820, michael.hilt@ipa.fraunhofer.de,
Dirk Michels, Tel. +49 711 970-3733, dirk.michels@ipa.fraunhofer.de, www.ipa.fraunhofer.de/beschichtung

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