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Besser lackieren heißt grüner lackieren

Innovationsallianz Green Carbody Technologies adressiert energieeffiziente Lackiertechnik
Besser lackieren heißt grüner lackieren

Die Lackierung benötigt über die Hälfte der Energie bei der gesamten Karosserieproduktion. Grund genug für das Fraunhofer IPA, sich gemeinsam mit Automobil-, Anlagen- und Lackherstellern im Rahmen eines Verbundprojekts um die Prozessschritte Spritzlackieren und Trocknen zu kümmern.

Das Verbundprojekt „Energieeffiziente Lackierung“ umfasst drei Vorhaben und ist Teil der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ – Innocat. Diese Allianz hat sich zum Ziel gesetzt, eine nachhaltige Reduzierung des Energiebedarfes in der Karosseriefertigung zu erreichen. Dazu haben sich drei produktionstechnische Fraunhofer-Institute sowie 60 Firmen zusammengeschlossen, um im Rahmen von insgesamt 30 Vorhaben unter der Koordination des Fraunhofer IWU innovative Prozesse mit dem Ziel der Ressourcen-Einsparung zu entwickeln. Diese Vorhaben wurden Ende 2012 erfolgreich abgeschlossen.

Im Rahmen des Verbundprojekts „Energieeffiziente Lackierung“ wurden unter der Leitung des Fraunhofer IPA kurz-, mittel- und langfristig umsetzbare Technologien neu- beziehungsweise weiterentwickelt, die im Bereich der Spritzlackierung und der Lacktrocknung eine erhebliche Verminderungen des Energie- und Ressourcenverbrauchs ermöglichen. Bewertet wurden dabei die Wirtschaftlichkeit, die Umsetzbarkeit und die ökologische Bilanz. Maßgeblich zum Erfolg beigetragen hat dabei die konstruktive Zusammenarbeit der Projektpartner Audi, Daimler, Dürr, Eisenmann, Fraunhofer IPA, Mankiewicz und Wörwag.
Die Erprobung innovativer Ansätze in Prototypen-Anlagen sowie die Beschichtung von realen Karosserieteilen haben die produktionstechnische Machbarkeit der Technologien anschaulich demonstriert. Unterstützend haben in vielen Fällen Spezialisten aus dem Kreis der Projektpartner numerische Simulation durchgeführt.
Im Vorhaben „Lackverlustfreie Lackierung“ lag der Schwerpunkt auf oversprayfreien Beschichtungsverfahren als wirksamste Voraussetzung zur Minimierung des Energie- und Materialeinsatzes bei der Spritzlackierung. Erforscht und in Prototypen umgesetzt wurden dabei drei unterschiedliche Lösungsansätze für die verlustfreie Beschichtung. Bei der Vermeidung von Overspray reduziert sich der Energieeinsatz zur Lackierkabinenbelüftung auf einen Bruchteil der heutigen Werte. Die mit der oversprayfreien Lackapplikationstechnik erzielbare selektive randscharfe Lackierung ermöglicht zudem bei der Beschichtung von Teilflächen oder bei der Applikation von Dekorationen den Verzicht auf eine Maskierung. Dies spart Zeit sowie Personal-, Material- und Entsorgungskosten.
Im Vorhaben „Energieeffiziente Trockner“ standen sowohl wirtschaftlich umsetzbare Maßnahmen in bestehenden Anlagen (Brownfield) als auch energieeffiziente Trocknerkonzepte in Verbindung mit der Planung neuer Lackieranlagen (Greenfield) im Fokus. Die größten Energieeinsparpotenziale zeigen sich im Bereich der Anlagentechnik zur Reinigung der Abluft aus dem Elektrotauchlack-, Füller- und Klarlacktrockner. Als sehr effektive und wirtschaftliche Maßnahmen wurden im Rahmen des Vorhabens Konzepte zur Reduzierung der Abluftvolumenströme sowie zur Nutzung des Abwärmeüberschusses bei der Abluftreinigung vorgestellt. Die derzeit in der Fachwelt diskutierten innovativen Techniken zur energiesparenden Abluftreinigung wurden von den Projektpartnern hinsichtlich ihrer praxisrelevanten Einsatzmöglichkeiten bewertet.
Mittels numerischer Simulation und produktionsnahen Untersuchungen wurden zudem neue Anströmdüsenkonzepte entwickelt, die einen genau definierten Wärmeeintrag in die Karosserie und dadurch eine schnellere Aufheizung dickwandiger Karosseriebereiche ermöglichen. Das Ergebnis: Der dadurch verkürzbare Trockner benötigt weniger Wärme- und Elektroenergie. Zudem verhindert die gezielte Aufheizung eine Überhitzung von dünnwandigen Karosseriebereichen beziehungsweise von wärmeempfindlichen Bauteilen.
Die Ergebnisse der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Rahmen des Vorhabens „Modulares Produkt-/Lackierkonzept“ zeigen, dass sich durch ein modulares Karosserie-Herstellkonzept die Lackierung zukünftig wesentlich kompakter und effizienter gestalten lässt. Entscheidend ist dabei die konsequente Nutzung der energie- und materialrelevanten Vorteile der Einzelteilelackierung. So können beispielsweise alle Teile substratspezifisch optimierte Prozesse durchlaufen. In die Ergebnisse sind auch die Erkenntnisse aus den beiden parallel laufenden Vorhaben des Verbundprojekts „Energieeffiziente Lackierung“ eingeflossen.
Dr. Michael Hilt, Dr. Oliver Tiedje, Ulrich Strohbeck Fraunhofer IPA, Stuttgart
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