Ein System für alle Fälle

Pulverlacke sind umweltfreundlich und sparsam im Verbrauch. Doch wenn hochwertige Beschichtungen und flexible Prozesse gefragt sind, ziehen sie meist den Kürzeren. Das muss nicht länger sein. Die Lackier-Experten vom Fraunhofer IPA haben eine neue Generation von Pulversprühsystemen aus der Taufe gehoben, die sich für fast jeden Beschichtungsprozess eignen.

Ursprünglich in erster Linie für Fassadenelemente, Drahtware oder die Gehäuse von Haushaltsgeräten entwickelt, schützen und veredeln Pulverlacke mittlerweile auch Oberflächen, an die sehr viel höhere Ansprüche gestellt werden wie Automobilkarosserien und -anbauteile, Fahrradrahmen oder Designermöbel. Gegenüber konventionellen Nasslacken haben Pulverlacke den Vorteil, dass bei der Applikation keine Lösemittelemissionen entstehen und Sprühverluste bei einem angepassten Anlagenkonzept nur eine untergeordnete Rolle spielen. Trotzdem werden Pulverlacke erst bei knapp der Hälfte aller potenziellen Anwendungen eingesetzt. „Das liegt vor allem daran, dass die Pulverlacktechnik in Prozesssicherheit und Flexibilität der Nasslacktechnik noch um einiges nachsteht – vor allem bei Teilen mit komplexen Geometrien oder wenn eine hohe Beschichtungsqualität gefordert ist“, stellt Dr. Joachim Domnick vom Fraunhofer IPA fest. Gemeinsam mit Karlheinz Pulli hat er ein flexibles Sprühorgan entwickelt, das besser beherrschbar macht. Denn entscheidend für Materialausbeute, Beschichtungsqualität und Recyclingverhalten sind die Pulversprühsysteme.

Derzeit auf dem Markt befindliche Pulverpistolen sind mit feststehenden Düsen ausgestattet. Im laufenden Beschichtungsvorgang die Sprühwolkenform an das Werkstück anzupassen, ist mit diesen Systemen nicht möglich. Ähnlich verhält es sich mit den Mechanismen, die das Pulver elektrostatisch aufladen, um die Pulverpartikel gezielt zum Substrat zu leiten und dort anhaften zu lassen. Es existieren zwei gegensätzliche Auflademechanismen, die jeweils ihren eigenen optimalen Einsatzbereich abdecken. Während die Koronaaufladung mit externen, hochspannungsführenden Elektroden Probleme bei der Beschichtung komplexer Werkstücke hat, versagt die triboelektrische Aufladung bei der Verwendung sehr feiner Pulver. Verändern sich die Anwendungsbedingungen, muss der Beschichtungsvorgang unterbrochen werden, um die Pistole zu wechseln. Das von Domnick und Pulli entwickelte Pulversprühsystem passt die Form des Sprühstrahls im laufenden Prozess an die Werkstückgeometrie an und vereint beide Auflademechanismen in einem Sprühwerkzeug. Zeitaufwändige Systemwechsel sind damit passé.

Für die variable Sprühstrahlformung sorgen zusätzliche Steuerluftkanäle an der Düse, die um den eigentlichen Pulverauslass herum angeordnet sind. Durch die Variation der Steuerluftströme lässt sich der Durchmesser der Pulverwolke stufenlos verändern – etwa um den Faktor Fünf von extrem gerichtet bis breit gestreut. „Die Kombination der tribolelektrischen Pulveraufladung und der Koronaaufladung in einer Pistole reduziert u. a. die Konzentration an freien Luftionen und damit die Ladungsdichte in der applizierten Schicht“, erläutert Pulli. Die neue Pistole zeigt in Praxistests eine ähnlich geringe Rücksprüherneigung und eine ebenso gleichmäßige Beschichtung kritischer Werkstückbereiche wie Tribo-Pistolen, funktioniert im Gegensatz zu diesen aber auch mit sehr feinen Pulvern. Der Auftragswirkungsgrad der neuen Pistole liegt bis zu 15 Prozent über dem konventioneller Systeme. Dies gilt sowohl für die feinkörnigen Automobilklarlacke als auch für komplexe Teile wie Briefkästen, die neben ebenen Flächen auch schwer zugängliche Vertiefungen und Hinterschneidungen aufweisen.

Das Pulversprühorgan wurde mit Hilfe der Strömungssimulation ausgelegt. Die Simulation ersetzte lange Versuchsreihen als es darum ging, eine Pistolengeometrie zu finden, die eine optimale Steuerung der Sprühstrahlbreite erlaubt. „Nur dadurch war es möglich, innerhalb von vier Monaten eine Pistole zu konstruieren, die ohne nachträgliche Modifikationen alle Anforderungen erfüllte“, erklärt Domnick. Realisiert wurden die Versuchsmuster und erste Prototypen der Sprühpistolen in Kooperation mit R.O.T., Überlingen.

Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik
und Automatisierung IPA
Dr.-Ing. Joachim Domnick
Telefon: +49(0)711/970-1762
E-Mail: joachim.domnick@ipa.fraunhofer.de

Dipl.-Ing. Karlheinz Pulli
Telefon: +49(0)711/970-1125
E-Mail: karlheinz.pulli@ipa.fraunhofer.de