20 JOT 6.2013

Optimierung von Pulverbeschichtungsanlagen

Mit weniger Kosten mehr QualitätAngesichts des ständigen Kostendrucks und gleichzeitig steigenden Qualitätsanforderungen an das

Beschichtungsergebnis ist es wichtig, die bestimmenden Beschichtungsparameter zu identi�zieren und

Möglichkeiten zur Optimierung zu kennen. Hilfestellung dafür gibt der folgende Beitrag.

Kosten und QualitätKostenübersicht

Zur Erzielung einer dauerhaf-ten Kosteneinsparung ist die Betrach-tung des Gesamtsystems erforderlich. O� bestimmt schon die Auswahl des Equipments die späteren Folgekosten, zumindest sind jedoch die Investitions-kosten der erste große 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 können. Die Kosten stellen sich aus folgenden Unterkosten zusammen:Initialkosten:

— InvestmentKorrekte Installation:

— Erdung der AnlagenkomponentenBeschichtungskosten:

— Pulververbrauch (Schichtstärke) — Pulververlust (System E�zienz) — Ausschusskosten (Zuverlässigkeit

und Reproduzierbarkeit) — Personalkosten — Energiekosten

Betriebskosten: — Energiekosten — Wartungszeit (Personalkosten) — Wartungskosten (Verschleiß- und

Ersatzteile) Qualität

In der Regel wird Qualität meist mit höheren Kosten in Verbindung ge-bracht. In Wirklichkeit lässt sich jedoch Qualität und niedrigere Kosten kombi-nieren, wenn man die Zusammenhän-ge kennt und geeignete Maßnahmen daraus ableitet. Letztendlich geht es da-rum, möglichst wenig Pulver möglichst gleichmäßig aufzutragen, und dies über das ganze Jahr.

Die dauerhafte Optimierung des Pulvereinsatzes erfüllt demnach beide Anforderungen.

InvestitionskostenBeschichtungsautomatisierung

Unabhängig vom unterschied-lichen Preisgefüge einzelner Anbie-ter, werden die Investitionskosten sehr stark vom gewünschten Automati-sierungsgrad der Beschichtung be-einf lusst. Eine vollautomatische Be-schichtung ist im Sinne von geringen Personalkosten (Handbeschichter) wünschenswert, 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 kümmert, wesentlich höher ist als bei weniger automatisier-ten Anlagen. Hier kann es zu einer ne-

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

Die pauschalen Zusammenhänge 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 Werkstückvermes-sung und der Einsatz erforderlicher Steuerungshardware.

Minimal-Automatisierung als Voraussetzung zur Pulvereinsparung

Selbst die einfachsten Anlagen las-sen sich heute so kon�gurieren, 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 Rückgewinnungsein-

Zusammenhang zwischen Investitionskosten und Automatisierungsgrad

PULVERBESCHICHTEN 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

21JOT 6.2013

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 heißt von 100 kg Pulver, das in ei-nen Zyklon eingebracht wird, gehen 5 kg Pulver verloren und werden im Auf-fangbehälter des Nach�lters aufgefan-gen und anschließend entsorgt.

Die Menge Pulver, die in den Zy-klon gelangt, wird als Overspray be-zeichnet. Im ersten Lösungsansatz, diesen Anteil klein zu halten, geht es darum, die Pistolen nur dann einzu-schalten, wenn ein Werkstück vorhan-den ist. Hierzu wir eine Lückensteue-rung (Bild 2) installiert, die erkennt, ob ein Werkstück 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 kürzester Zeit amortisiert, sollte je-de Anlage damit ausgestattet sein. Ei-ne einfache Nachrüstbarkeit ergibt zu-dem die Möglichkeit für Einsparungen bei bestehenden Anlagen. Dieses Prin-zip lässt sich verfeinern, indem auch die Höhenausdehnung der Werkstü-cke vermessen wird und die Pistolen auch hier ein- und ausgeschaltet wer-den. Man spricht dann von einer Hö-hensteuerung.

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

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

Durch den richtigen Abstand wird der Au�ragswirkungsgrad von Pisto-len auf das Werkstück erhöht, was zu deutlichen Pulvereinsparungen füh-ren kann, immer jedoch den manuel-len Beschichtungsaufwand reduziert

Lückensteuerung

Tiefensteuerung

Anlagenaufbau mit Werkstückerkennung am Eingang der Pulverkabine

22 JOT 6.2013

und als Nebene�ekt noch eine Kolli-sion der Werkstücke mit den Pistolen verhindert.

Installation – ErdungDie korrekte Erdung der Anlage ist Grundvoraussetzung dafür, dass elek-trostatisches Beschichten funktioniert und ist außerdem ein Sicherheitsas-pekt. Die Qualität der Erdung beein-f lusst zudem den Auftragswirkungs-grad deutlich und damit die Abfallpul-vermenge. Hier lohnt sich auch eine Überprüfung bestehender Anlagen und die Verbesserung vorhandener Er-dungsmaßnahmen.

Beschichtungskosten reduzieren, Qualität steigernGeschultes Personal

Unabhängig vom Automatisie-rungsgrad und damit verbundener Anforderungen an die Quali�zierung des Personals, sollten die Anlagenbe-diener die wesentlichen Zusammen-hänge der Beschichtungsparameter kennen, um e�zient arbeiten zu kön-nen und optimale Qualität erzielen zu können.

Falsche Einstellungen oder falsche Abläufe, zum Beispiel beim Farbwech-sel, führen zu minderer Qualität und gegebenenfalls zu Reklamationskosten. Erfahrungsgemäß ist eine Schulung in �eorie und Praxis sinnvoll und soll-te in regelmäßigen Abständen wieder-holt werden.

Beschichtungsrezepturen sichern reproduzierbare Qualität

Moderne Steuergeräte und Steue-rungen ermöglichen schon bei Hand-geräten die Verwendung von Be-schichtungsrezepturen. Dabei werden zunächst die zur optimalen Beschich-tung eines individuellen Werkstückes erforderlichen Parameter durch Ver-suche ermittelt und in einer Rezeptur abgespeichert. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass die Parameter auch mit-tels Reglern reproduzierbar eingestellt werden können. Für die Pistolen wer-den hierzu digitale Hochspannungs- und Lu�mengenregler (Bild 6) mit ge-schlossenem Regelkreis eingesetzt.

Oft sind bereits lieferantensei-tig gute Einstellwerte für bestimm-te Werkstücktypen abgespeichert und können durch Kopieren und Optimie-rung auch für andere Werkstücke an-

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

Energiekosten einsparenBereits bei der Anlagenplanung

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

In einer Beschichtungsanlage gibt es unterschiedliche Betriebszustände. Dazu gehören:

— 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 Ü R O B E R F L Ä C H E N T E C H N I K

23JOT 6.2013

— Störungen — Wartung

Die ersten vier Zustände können 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 Zustände, kann die Amortisa-tion der erforderlichen Mehrinvestiti-on ermittelt werden.

Regelmäßige Anlagenwartung sichert gleichbleibende Qualität

Die Folgen vernachlässigter War-tung werden oft unterschätzt. Insbe-sondere die Komponenten, welche die Konstanz des Pulverausstoßes beein-�ussen, sollten regelmäßig und in ange-messenen Zyklen ausgetauscht werden. Dadurch lässt sich die durchschnittli-che Schichtstärke dauerhaft senken („Sägezahne�ekt“) und führt somit zu deutlichen Kosteneinsparungen. Zu-

dem werden Reklamationen wegen fal-scher Schichtstärken vermieden.

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

Primäres Ziel muss es sein, den Pulververbrauch zu optimieren. Eine einfache Rechnung des Kosten e�ekts soll dies verdeutlichen. In der Tabelle sind die Parameter einer normalen Be-schichtungsanlage aufgeführt. Es wird berechnet, welche Kostenein sparung durch die Reduktion der durchschnitt-lichen Schichtstärke um nur 1 µm mög-lich ist.

Bei Beachtung und Umsetzung der genannten Maßnahmen sollte ein Mehrfaches dieses Betrages möglich sein. Gleichzeitig ergibt sich noch ei-ne Qualitätssteigerung, mindestens je-doch eine Qualitätsabsicherung.

Sägezahne�ekt – wechselnde Schichtstärke durch schlechte Wartung

Kosteneinsparung durch optimale SchichtstärkeWerkstück Förderer Effizienz Produktion FlächenleistungHöhe Geschwindigkeit je Tag m2

m m/min % h pro Tag m2

1,5 2 80 % 8 1152

Schichtdicke Fläche Dichte Pulver Kosten

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

1 1152 1,5 6 10,37 207 2281

Beispiel: Kosten für 1µm Schichtstärkenunterschied

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

Oberflächentechnik – Innovationen im Anlagenbau

info@rippert.de | www.rippert.de | Fon +49 (0) 52 45 | 9 01-0 Oberflächentechnik Luftreinhaltung Ventilatoren