Mit weniger Kosten mehr Qualitt

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  • 20 JOT 6.2013

    Optimierung von Pulverbeschichtungsanlagen

    Mit weniger Kosten mehr QualittAngesichts des stndigen Kostendrucks und gleichzeitig steigenden Qualittsanforderungen an das

    Beschichtungsergebnis ist es wichtig, die bestimmenden Beschichtungsparameter zu identizieren und

    Mglichkeiten zur Optimierung zu kennen. Hilfestellung dafr gibt der folgende Beitrag.

    Kosten und QualittKostenbersicht

    Zur Erzielung einer dauerhaf-ten Kosteneinsparung ist die Betrach-tung des Gesamtsystems erforderlich. O bestimmt schon die Auswahl des Equipments die spteren Folgekosten, zumindest sind jedoch die Investitions-kosten der erste groe Kostenblock, der sorgsam geplant werden muss.

    Im weiteren Verlauf des Betriebes einer Anlage fallen Folgekosten unter-schiedlicher Art an, die in Beschichtungs-, Betriebs- und Wartungskosten unterteilt werden knnen. Die Kosten stellen sich aus folgenden Unterkosten zusammen:Initialkosten:

    InvestmentKorrekte Installation:

    Erdung der AnlagenkomponentenBeschichtungskosten:

    Pulververbrauch (Schichtstrke) Pulververlust (System Ezienz) Ausschusskosten (Zuverlssigkeit

    und Reproduzierbarkeit) Personalkosten Energiekosten

    Betriebskosten: Energiekosten Wartungszeit (Personalkosten) Wartungskosten (Verschlei- und

    Ersatzteile) Qualitt

    In der Regel wird Qualitt meist mit hheren Kosten in Verbindung ge-bracht. In Wirklichkeit lsst sich jedoch Qualitt und niedrigere Kosten kombi-nieren, wenn man die Zusammenhn-ge kennt und geeignete Manahmen daraus ableitet. Letztendlich geht es da-rum, mglichst wenig Pulver mglichst gleichmig aufzutragen, und dies ber das ganze Jahr.

    Die dauerhafte Optimierung des Pulvereinsatzes erfllt demnach beide Anforderungen.

    InvestitionskostenBeschichtungsautomatisierung

    Unabhngig vom unterschied-lichen Preisgefge einzelner Anbie-ter, werden die Investitionskosten sehr stark vom gewnschten Automati-sierungsgrad der Beschichtung be-einf lusst. Eine vollautomatische Be-schichtung ist im Sinne von geringen Personalkosten (Handbeschichter) wnschenswert, jedoch ist die tech-nische Umsetzung o sehr aufwendig und teuer.

    Zudem wird o zu wenig beach-tet, dass zum Betrieb einer vollauto-matischen Anlage die Anforderun-gen an das Personal, welches sich um die Parametrierung und Programmie-rung der Anlage kmmert, wesentlich hher ist als bei weniger automatisier-ten Anlagen. Hier kann es zu einer ne-

    gativen berraschung kommen, wenn trotz bester Technik, kein akzeptables Ergebnis zustande kommt, weil die An-lage nur unzulnglich eingerichtet und betreut wird.

    Die pauschalen Zusammenhnge zwischen Automatisierungsgrad und Investment beziehungsweise anderer Parameter zeigt Bild 1. Hier ist der Au-tomatisierungsgrad anhand der einge-setzten Bewegungstechnik dargestellt. Damit verbunden sind unterschiedli-che Techniken der Werkstckvermes-sung und der Einsatz erforderlicher Steuerungshardware.

    Minimal-Automatisierung als Voraussetzung zur Pulvereinsparung

    Selbst die einfachsten Anlagen las-sen sich heute so kongurieren, dass im Lauf des Beschichtungsbetriebes Pul-ver eingespart werden kann. Die meis-ten der heute installierten Anlagen sind Farbwechselanlagen, bei denen ein Zy-klonsystem als Rckgewinnungsein-

    Zusammenhang zwischen Investitionskosten und Automatisierungsgrad

    PULVERBESCHICHTEN J O U R N A L F R O B E R F L C H E N T E C H N I K

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    heit arbeitet. Physikalisch bedingt kann ein Zyklon nicht 100 % der ein-gebrachten Pulvermenge abscheiden sondern arbeitet mit einem bestimm-ten Abscheidewirkungsgrad. Dieser liegt bei guten Zyklonen bei etwa 95 %, das heit von 100 kg Pulver, das in ei-nen Zyklon eingebracht wird, gehen 5 kg Pulver verloren und werden im Auf-fangbehlter des Nachlters aufgefan-gen und anschlieend entsorgt.

    Die Menge Pulver, die in den Zy-klon gelangt, wird als Overspray be-zeichnet. Im ersten Lsungsansatz, diesen Anteil klein zu halten, geht es darum, die Pistolen nur dann einzu-schalten, wenn ein Werkstck vorhan-den ist. Hierzu wir eine Lckensteue-rung (Bild 2) installiert, die erkennt, ob ein Werkstck kommt. In der Re-gel wird dazu eine Lichtschranke oder Lichtleiste vor die Kabine montiert, welche der Steuerung die erforderli-chen Informationen gibt, um die Pisto-len rechtzeitig ein- und auszuschalten.

    Da diese Funktion nur wenige Tau-send Euro kostet und sich innerhalb krzester Zeit amortisiert, sollte je-de Anlage damit ausgestattet sein. Ei-ne einfache Nachrstbarkeit ergibt zu-dem die Mglichkeit fr Einsparungen bei bestehenden Anlagen. Dieses Prin-zip lsst sich verfeinern, indem auch die Hhenausdehnung der Werkst-cke vermessen wird und die Pistolen auch hier ein- und ausgeschaltet wer-den. Man spricht dann von einer H-hensteuerung.

    Tiefensteuerung spart Pulver und ver-hin dert eine Beschdigung der Pistolen

    Eine weitere, eher einfache und kostengnstige Erhhung des Automa-tisierungsgrades ist durch eine automa-tische Tiefensteuerung (Bild 3) erreich-bar. Dabei wird auch die Tiefenkontur der Werkstcke vermessen und als In-formation an die Steuerung bertra-gen. Die Pistolen werden dann immer mit einem definierten Abstand zum Werkstck positioniert.

    Durch den richtigen Abstand wird der Auragswirkungsgrad von Pisto-len auf das Werkstck erhht, was zu deutlichen Pulvereinsparungen fh-ren kann, immer jedoch den manuel-len Beschichtungsaufwand reduziert

    Lckensteuerung

    Tiefensteuerung

    Anlagenaufbau mit Werkstckerkennung am Eingang der Pulverkabine

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    und als Nebeneekt noch eine Kolli-sion der Werkstcke mit den Pistolen verhindert.

    Installation ErdungDie korrekte Erdung der Anlage ist Grundvoraussetzung dafr, dass elek-trostatisches Beschichten funktioniert und ist auerdem ein Sicherheitsas-pekt. Die Qualitt der Erdung beein-f lusst zudem den Auftragswirkungs-grad deutlich und damit die Abfallpul-vermenge. Hier lohnt sich auch eine berprfung bestehender Anlagen und die Verbesserung vorhandener Er-dungsmanahmen.

    Beschichtungskosten reduzieren, Qualitt steigernGeschultes Personal

    Unabhngig vom Automatisie-rungsgrad und damit verbundener Anforderungen an die Qualizierung des Personals, sollten die Anlagenbe-diener die wesentlichen Zusammen-hnge der Beschichtungsparameter kennen, um ezient arbeiten zu kn-nen und optimale Qualitt erzielen zu knnen.

    Falsche Einstellungen oder falsche Ablufe, zum Beispiel beim Farbwech-sel, fhren zu minderer Qualitt und gegebenenfalls zu Reklamationskosten. Erfahrungsgem ist eine Schulung in eorie und Praxis sinnvoll und soll-te in regelmigen Abstnden wieder-holt werden.

    Beschichtungsrezepturen sichern reproduzierbare Qualitt

    Moderne Steuergerte und Steue-rungen ermglichen schon bei Hand-gerten die Verwendung von Be-schichtungsrezepturen. Dabei werden zunchst die zur optimalen Beschich-tung eines individuellen Werkstckes erforderlichen Parameter durch Ver-suche ermittelt und in einer Rezeptur abgespeichert. Voraussetzung dafr ist jedoch, dass die Parameter auch mit-tels Reglern reproduzierbar eingestellt werden knnen. Fr die Pistolen wer-den hierzu digitale Hochspannungs- und Lumengenregler (Bild 6) mit ge-schlossenem Regelkreis eingesetzt.

    Oft sind bereits lieferantensei-tig gute Einstellwerte fr bestimm-te Werkstcktypen abgespeichert und knnen durch Kopieren und Optimie-rung auch fr andere Werkstcke an-

    gepasst werden. Mit zunehmender An-zahl an Rezepten reduziert sich der Aufwand fr die Erstellung eines neu-en Rezepts.

    Energiekosten einsparenBereits bei der Anlagenplanung

    kann auf den zuknftigen Energie-verbrauch Einf luss genommen wer-den. Neben Komponenten, die be-reits in ihrer Bauart energieeffizi-ent sind, kann auch durch geeignete Steuerungsmanahmen der Energie-verbrauch (Strom und Lu) gesenkt werden, beispielsweise mit Hilfe eines Energieezienzpakets von Wagner.

    In einer Beschichtungsanlage gibt es unterschiedliche Betriebszustnde. Dazu gehren:

    Normale Beschichtung Farbwechsel Pausen

    Luftmengenregler mit geschlossenem Regelkreis

    Unzureichend geerdete Anlagen sind ein Sicherheitsproblem und arbeiten mit einem schlechteren den Auftrags-wirkungsgrad

    PULVERBESCHICHTEN J O U R N A L F R O B E R F L C H E N T E C H N I K

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    Strungen Wartung

    Die ersten vier Zustnde knnen durch geeignete Sensorik automatisch erkannt werden, um dann den Energie-bedarf einzelner Komponenten anzu-passen. In einer Hochrechnung mit an-genommenen oder bekannten Anteilen dieser Zustnde, kann die Amortisa-tion der erforderlichen Mehrinvestiti-on ermittelt werden.

    Regelmige Anlagenwartung sichert gleichbleibende Qualitt

    Die Folgen vernachlssigter War-tung werden oft unterschtzt. Insbe-sondere die Komponenten, welche die Konstanz des Pulverausstoes beein-ussen, sollten regelmig und in ange-messenen Zyklen ausgetauscht werden. Dadurch lsst sich die durchschnittli-che Schichtstrke dauerhaft senken (Sgezahneekt) und fhrt somit zu deutlichen Kosteneinsparungen. Zu-

    dem werden Reklamationen wegen fal-scher Schichtstrken vermieden.

    ZusammenfassungEine hohe Beschichtungsqualitt muss nicht mit hohen Kosten erkau wer-den, sondern viele Kosten fhren so-gar zu einer schlechten Qualitt und im Extremfall sogar zu Folgekosten. Neben den Investitionskosten als Pri-mrkosten, ist der korrekte Betrieb der Anlage von entscheidender Be-deutung.

    Primres Ziel muss es sein, den Pulververbrauch zu optimieren. Eine einfache Rechnung des Kosten eekts soll dies verdeutlichen. In der Tabelle sind die Parameter einer normalen Be-schichtungsanlage aufgefhrt. Es wird berechnet, welche Kostenein sparung durch die Reduktion der durchschnitt-lichen Schichtstrke um nur 1 m mg-lich ist.

    Bei Beachtung und Umsetzung der genannten Manahmen sollte ein Mehrfaches dieses Betrages mglich sein. Gleichzeitig ergibt sich noch ei-ne Qualittssteigerung, mindestens je-doch eine Qualittsabsicherung.

    Sgezahneekt wechselnde Schichtstrke durch schlechte Wartung

    Kosteneinsparung durch optimale SchichtstrkeWerkstck Frderer Effizienz Produktion FlchenleistungHhe Geschwindigkeit je Tag m2

    m m/min % h pro Tag m2

    1,5 2 80 % 8 1152

    Schichtdicke Flche Dichte Pulver Kosten

    m m2 g/m3 Euro/kg Euro/Tag Euro/Monat Euro/Jahr

    1 1152 1,5 6 10,37 207 2281

    Beispiel: Kosten fr 1m Schichtstrkenunterschied

    Kontakt:J. Wagner GmbH, Markdorf, Michael Topp, Tel. 07544 505-1725,michael.topp@wagner-group.com,www.wagner-group.com

    Oberflchentechnik Innovationen im Anlagenbau

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