große maschinenbauteile manuell vorbehandeln

26 JOT 5.2013

Wasch- und Reinigungstechnik für hohe Ansprüche

Große Maschinenbauteile manuell vorbehandelnAngesichts höherer Qualitätsanforderungen und der zunehmenden Verarbeitung von VOC-armen

Lacksystemen hat sich in den letzten Jahren auch für große Bauteile die nasschemische Vorbehandlung

immer mehr durchgesetzt. Der folgende Beitrag gibt einen Überblick, welche Kriterien bei der Auswahl,

Planung und beim Betrieb einer manuellen Vorbehandlungsanlage zu beachten sind.

Im allgemeinen Maschinen- und An-lagenbau kommt der Vorbehandlung

als wichtiger Verfahrensschritt für ei-ne gute Ha�vermittlung in der Pro-zesskette der Oberf lächenbeschich-tung eine immer größere Bedeutung zu. Zum einen sind die Anforderun-gen an die Produktqualität der End-verbraucher stetig gestiegen. Insbe-sondere die Anforderungen an den Korrosionsschutz werden heute sehr eindeutig de�niert.

Zum anderen tri� die 31. BImSchV. viele Unternehmen im Bereich der Er-zeugung großer Maschinen und Anla-gen mit voller Härte, da sinngemäß die zu beschichtenden Flächen und damit die Lackdurchsätze entsprechend hoch sind. Eine Umstellung auf High-Solid oder wasserbasierte Lacksysteme ist o� die einzige Möglichkeit einer nachhal-tigen Reduzierung der VOC-Emissio-nen. Bei diesen Lacksystemen ergeben sich jedoch automatisch erhöhte An-

forderungen an die Vorbehandlung der Substratober�ächen, um gleichwertige Qualitätsergebnisse des gesamten Be-schichtungssystems zu erzielen.

Ein gutes Lacksystem kann sei-ne Stärken nur auf definierten Sub-stratober�ächen vollständig entfalten. Dies gilt für kleine wie für große Bau-teile. Während sich im kleinen bis mitt-leren Produktabmessungsbereich die nasschemische Vorbehandlung weit-gehend durchgesetzt hat, ist die nass-chemische Vorbehandlung im Bereich großer Produktabmessungen erst in den letzten Jahren mehr und mehr in den Fokus der Anlagenplanung vorge-drungen. Nachfolgend sollen aus die-sem Grund praktische Erkenntnisse aus der Entwicklung im Anlagenbau für die nasschemische Vorbehandlung von maschinellen Großteilen darge-stellt werden.

Grundsätzliche Überlegungen zur AnlagenprojektierungWasch- und Reinigungskabinen für das Hochdruckreinigen von Großbau-teilen bestehen in der Regel aus einer Stahlkonstruktion, verkleidet mit iso-lierten Edelstahl-Paneelen. Die Kabi-ne muss wasserdicht und im Feuchtbe-reich nichtrostend ausgeführt sein. Die allgemeinen Anforderungen an die Ge-staltung von Arbeitsplätzen sind zwin-gend einzuhalten, da es sich in der Re-gel um manuelle Arbeitsplätze handelt. Das bedeutet, dass eine rutschsichere Ausführung des Bodens, eine gute Be-leuchtung des Arbeitsplatzes und eine gute Be- und Entlü�ung zwingend er-

Vorderansicht einer Reinigungskabine: Die nasschemische Vorbehandlung im Bereich großer Bauteile ist erst in den letzten Jahren vermehrt in den Fokus der Anlagenplanung gerückt

VORBEHANDLUNG J O U R N A L F Ü R O B E R F L Ä C H E N T E C H N I K

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forderlich sind. Als Richtwert für die Beleuchtung werden 750 bis 800 lx und zusätzlich ein 40- bis 60-facher Lu�-wechsel in den einschlägigen Richtli-nien vorgegeben.

Um eine gute Sicht zu gewährleis-ten, ist ein guter Abzug der entstehen-den Dampfschwaden äußerst wichtig für die Sicherstellung des Gesamtpro-zesses. Gleichzeitig ist sicherzustellen, dass durch die Lu�technik sämtliche, eventuell im Prozess entweichenden Stoffe gezielt abgeführt werden. Das bedingt eine Anlagenausführung mit 100 Prozent Frischlu�zufuhr, um die Dampfschwaden im Reinigungsraum vollständig abzuziehen und damit die relative Feuchte deutlich absenken zu können.

Die Zu- und Ablu� wird über spe-ziell konstruierte Einlass- und Auslass-ö�nungen in der Kabine realisiert. Im unteren Bereich der Kabinenlängssei-ten jeweils unmittelbar an den Kabi-nenenden be�nden sich die Ablu�ö�-nungen, die mit Wasserstrahlabwei-sern versehen sind. Die entstehenden Nebelschwaden werden im unteren Kabinenbereich abgesaugt. Die tem-perierte Zulu� wird über schräg ein-gebaute Decken-Schlitzauslässe der Waschkabine zugeführt. Über ein Wärmerückgewinnungssystem kann der Primärenergieeinsatz trotz 100 Prozent Frischlu�zufuhr deutlich re-duziert werden.

Ausstattung für verbesserte ProzesssicherheitEine gute Beleuchtung ist ein wesentli-ches Kriterium für die Unfallverhütung und die Qualitätssicherung. Nur wenn der Reiniger eine gute Ober�ächenkon-trolle bei der Bearbeitung durchführen kann, ist gewährleistet, dass die Anzahl der nicht behandelten Flächen auf ein Minimum reduziert wird.

Unter der Lichtgitterrostebene befindet sich eine Edelstahl-Auffang-wanne der Waschwässer mit einem integrierten Pumpensumpf, in den alle Reinigungswässer und Spülwäs-ser abf ließen und aufgefangen wer-den. Über eine Sumpfpumpe werden die mit Schmutz angereicherten Ab-wässer dem Abwassersammelbehäl-ter zugeführt. Die Aufbereitung der

Abwässer kann über unterschiedli-che Verfahrensschritte durchgeführt werden.

In der Regel werden mindestens zwei Lanzen zur Reinigung (einmal links, einmal rechts) in der Kabine in-stalliert. Die Versorgung der Lanzen er-folgt über ein Schlauchpaket, das zum Beispiel über ein Schienensystem mit Laufwagen an der Seitenwand abge-hängt ist und längs verfahren werden kann. Die Reinigungsmedien werden in der Verfahrenstechnik, die üblicher-weise neben der Kabine auf kurzem We-ge angeordnet ist, au�ereitet und über eine Feedpumpe der Hochdruckpumpe zugeführt.

Die Hochdruckpumpe speist di-rekt über das Schlauchpaket die Hoch-drucklanze. Sind mehrere unterschied-liche Verfahrensschritte möglich (wie beispielsweise Reinigen, Spülen, Phos-phatieren) kann die Anwahl manuell über ein Panel in der Kabine erfolgen. Zur Steigerung der Prozesssicherheit kann auch ein fest hinterlegtes Reini-gungsprogramm mit vorab bestimm-ten Behandlungszeiten abgerufen wer-den. Dies ist insbesondere bei weit-gehend gleicher Produktpalette sehr sinnvoll.

Um bei hohen Bauteilen die obe-ren Bereiche erreichen zu können, sind in der Regel mobile Podeste oder auch fest installierte Podeste in den Reini-gungskabinen integriert.

Nachfolgende Betriebsarten sind beim Betreiben der Reinigungskabi-nen möglich:1. Reinigen (volle Zu- und Ab-

lu�leistung, Verfahrenstechnik mit vorgegebener Prozessabfolge)

2. Trocknen (Umlu�betrieb mit Temperaturvorgabe)

3. Maskieren / Demaskieren (redu-zierte Zu-/Ablu�leistung)

4. Stand-By (reduzierte Zu-/Ab-lu�leistung, Abschaltung der Behälterheizungen)

Übersicht der gängigen nasschemischen Prozesse bei manuellen ReinigungskabinenJe nach Anforderung an das fertige Produkt sind unterschiedliche Verfah-rensschritte für die Vorbehandlung er-forderlich. Hierbei ist festzuhalten, dass prinzipiell alle Verfahrensschritte einer Spritzdurchlaufanlage auch in einer manuellen Hochdruck-Reinigungska-bine realisiert werden können. In der Praxis versucht man aus Gründen der Prozesssicherheit (Reproduzierbarkeit) und der Investitionskosten die Anzahl der Verfahrensschritte allerdings so ge-ring wie möglich zu halten. Entschei-dend ist auch hier das Anforderungs-pro�l an den Korrosionsschutz.

Nachfolgend werden aus den ver-schiedenen, möglichen Verfahrens-schritten einige Beispiele herausgegrif-fen und vorgestellt.

Beispielanwendung einer Reinigungskabine für schwere Rahmenteile

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Einfache VarianteDie wesentlichen Bestandteile sind der Vorlagebehälter, die Feedpumpe und das eigentliche Hochdruckgerät, über das die Hochdrucklanze gespeist wird. Da die Hochdruckpumpe nicht selbst-ansaugend ist, muss über die Feed-pumpe das Wasser zum Hochdruckge-rät gefördert werden und ein saugseiti-ger Vordruck erzeugt werden. Es kann sowohl VE-Wasser als auch Stadtwas-ser verwendet werden. Das eigentli-che Reinigungsmittel wird direkt am Hochdruckgerät zugeführt. Das im Pumpensumpf gesammelte Abwasser aus der Reinigungskabine wird in ei-nen Abwassersammelbehälter gepumpt und später extern entsorgt. Eine Rück-führung der Abwässer ist nicht vorge-sehen.

Erweiterte AusführungIn der erweiterten Ausführung kann das Abwasser zurückgeführt werden. Das Abwasser muss dann in jedem Fall entölt werden und die Schmutz partikel müssen so gut wie möglich herausge-�ltert werden. Das erfolgt in der Regel über eine Bandfilteranlage, die dem Vorlagebehälter vorgeschaltet ist. Um die Verschleppungsverluste und eine Aufkonzentration zu verhindern, ist eine Teilmenge im Vorlagebehälter re-gelmäßig abzuschlämmen und über VE- oder Stadtwasser zu ergänzen. Zur Verbesserung der Reinigungsergeb-nisse emp�ehlt es sich, das Waschwas-ser zu erwärmen. Dazu wird meist ein elektrisches Heizregister in den Vorla-gebehälter eingebaut.

Variante mit zusätzlichen FunktionenBei der komfortablen Ausbaustufe wird das Reinigungsmedium vorab in einem separaten Behälter bereits angemischt und au�ereitet. Das Rückführwasser aus dem Pumpensumpf wird nur dem Vorlagebehälter des Reinigungsmedi-ums zugeführt. Damit wird zum einen erreicht, dass eine exakte Dosierung der Reinigungschemikalien möglich wird und zum anderen, dass die nach-folgende Spülung mit reinem Spülwas-ser erfolgen kann. Die Dosierung der Chemikalie und die Messung der Bad-konzentration kann hierbei automati-

siert werden. Dadurch wird eine erheb-liche Prozesssicherheit erzielt.

Lösung mit kompletter ProzessabfolgeAuch bei manuellen Reinigungskabi-nen besteht die Möglichkeit, eine kom-plette Prozessabfolge, ähnlich wie bei Durchlaufanlagen darzustellen. In der Regel werden bei der ganzheitlichen Lösung die Abwässer direkt au�erei-tet, das heißt, mechanisch gereinigt, entölt, neutralisiert und über eine Ver-dampferanlage eingedickt. Das Per-meat aus der Verdampferanlage wird

anschließend dem Prozess als Ersatz für das VE-Wasser zugeführt. Der Pro-zessablauf und damit die Anzahl der Badvorlagen lassen sich beliebig erwei-tern. Jedes Bad kann beheizt und zu-sätzlich mit einer oder mehreren se-paraten Chemikaliendosierungen und Konzentrationsmessungen ausgestat-tet werden. Die Badumschaltung er-folgt über Magnetventile.

Um eine Verunreinigung bezie-hungsweise Verschleppung der Bäder zu vermeiden, kann nach jedem Pro-zessschritt über die VE-Vorlage das Leitungssystem gespült werden. Die

System-Ausführung mit vereinfachter Prozessabfolge

Abwasser-Sammel-behälter

Entsorgung

Pumpen-sumpf

Feedpumpe

Beheizung

VE-Wasser/Stadtwasser

Reinigungs-mittel

Hochdruck-gerät

Hochdruck-lanze

Vorlage-behälter

Reinigungskabine

Die einfache Variante

In der erweiterten Ausführung kann das Abwasser zurückgeführt werden

Abwasser-Sammel-behälterÖ

labs

chei

der

Entsorgung

Pumpen-sumpf

Feedpumpe

VE-Wasser/Stadtwasser Reinigungs-

mittel

Hochdruck-gerät

Hochdruck-lanze

Reinigungskabine

Die erweiterte Variante

Beheizung

Vorlage-behälter

Abschlämmung

Bandfil ter

VORBEHANDLUNG J O U R N A L F Ü R O B E R F L Ä C H E N T E C H N I K

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Prozessabfolge kann derart automati-siert werden, dass bei gleich gearteter Bauteilgröße und Form die Verweilzei-ten fest programmiert werden können. Dem Werker wird in der Kabine das jeweilige Waschprogramm angezeigt. Die Umschaltung wird durch Unter-brechung des Lanzendruckes fühlbar mitgeteilt.

Je nach Komplexität des Bauteils müssen der Prozessablauf und die Be-handlungsschritte für den Werker ge-nau de�niert werden, um trotz der ma-nuellen Behandlungsschritte eine gute Reproduzierbarkeit und Prozesssicher-

heit zu gewährleisten. Gegebenenfalls sind auch zusätzliche Zwischenschrit-te wie das Ausblasen von Reinigungs-f lüssigkeiten in Taschen und schöp-fenden Teilen erforderlich. Nach dem Reinigungsprozess wird in gewohnter Weise der Trocknungsprozess, entwe-der innerhalb der Kabine oder in einem separaten Ha�wassertrockner, durch-geführt.

Norbert DrescherVertriebsleitung, Heimer Lackieranlage und Industrielufttechnik, Bielefeld, Tel. 05205 981356, [email protected], www.heimer-lackieranlagen.de

Bei einer komfortableren Ausbaustufe der Anlage wird das Reinigungsmedium vorab separat angemischt und aufbereitet

Reinigungskabine

Die komfortable Variante

Feedpumpe

Beheizung

Reinigungs-mittel

Hochdruck-gerätHochdruck-

lanze

Vorlage-behälter

VE-Wasser/Stadtwasser

Spül-behälter

Abwasser-Sammel-behälter

Entsorgung

Pumpen-sumpf

Abschlämmung

Öla

bsc

hei

der

Auch bei manuellen Reinigungskabinen besteht die Möglichkeit, eine komplette Prozessabfolge umzusetzen

Abwasser-Sammel-behälterÖ

labs

chei

der

Pumpen-sumpf

Reinigungskabine

Die ganze Lösung

Ver

dam

pfer

Konzentrat

Entsorgung

Bandfilter

Abschlämmung

LF

PHPH

PH

Stadtwasser

VE-Spüle1

Stadt-wasser-

spüle2

Beheizung

Entfetten3 Phospha-

tieren 4

Beheizung

Passi-vieren

5

FeedpumpeChemikaliendosierung

Hochdruck-gerätHochdruck-

lanze

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