Produktion Lackierprozess optimieren: Der Blick in den Spray

Ein optisches Messverfahren erlaubt den präzisen Blick in Zerstäubungsvorgänge. Damit können Anwender Lackierprozesse optimieren.

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FOBA Laser Marking + Engraving | ALLTEC Angewandte Laserlicht Technologie GmbH

CAQ AG Factory Systems

AOM-Systems GmbH

Die Lackierung ist ein komplexer und auch teurer Einzelschritt der Autoproduktion. Optische Qualität und Erscheinungsbild der Fahrzeugkarosserie werden ganz wesentlich durch den Applikationsprozess bestimmt. Wer den „Spray“ – dass heißt den kurzen und schnellen Weg vom Zerstäuber bis zum Auftrag der Lacktropfen auf die Karosserie – genau analysieren kann, hat die Möglichkeit, den Prozess gezielt zu optimieren.

Produktion

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Genau diese Möglichkeit hat AOM-Systems geschaffen: Das Unternehmen wurde 2013 als Spin-off aus der TU Darmstadt heraus gegründet. Meiko Hecker, Gründer und Geschäftsführer beschreibt das Tätigkeitsfeld so: „Wir entwickeln Geräte, die Größe und Geschwindigkeit von einzelnen Tropfen in Spray-Prozessen messen.“ Dabei kommen optische Messverfahren zum Einsatz: „Unsere Spray-Spy-Technologie macht sich zunutze, dass ein bewegter Tropfen, der von einem Laserstrahl beleuchtet wird, eine Lichtstreuung erzeugt. Die Empfänger in den Messgeräten detektieren die individuellen Streuordnungen, die eindeutig mit Größe, Geschwindigkeit und Opazität des Tropfens oder Partikels korrelieren.“ Dabei können Tropfen erfasst werden, die ab 1 µm groß und mit Geschwindigkeiten bis 100 m/s unterwegs sind.

Geeignet für transparente und nicht-transparente Flüssigkeiten

In der Summe erfassen die Optosensoren des „SpraySpy“ somit die Tropfengrößen und -geschwindigkeiten sowie die Tropfenanzahl im Spray. Dieses direkte und zählende Messverfahren eigne sich sowohl für transparente als auch für nicht-transparente zerstäubte Flüssigkeiten wie zum Beispiel Automotive-Lacke. Eine weitere Voraussetzung für den „Blick in den Lackspray“ ist ebenfalls erfüllt: Die Messtechnik funktioniert auch bei angelegter Hochspannung, etwa bei elektrostatischem Lackauftrag, und unter Ex-Schutz-Bedingungen.

Einschlägig bekannte OEMs und Hersteller von Automobil-Lacken und -Lackieranlagen sowie von Zerstäubern gehören zum Kundenstamm von AOM-Systems. Meiko Hecker: „Diese Unternehmen setzen in ihrer Forschung und Entwicklung die Messgeräte unserer ‚Lab Line’ ein, die wir speziell für das Erfassen von Beschichtungsprozessen im Labor entwickelt haben.“ Sie messen ortsaufgelöst Einzeltropfenereignisse und stellen die Messergebnisse als Histogramm oder aber als „digitales Spritzbild“ dar, das zum Beispiel die Volumenverteilung des Lackes im Spraykegel aufzeigt.

Hochrotationszerstäuber optimieren

Als Anwendungsbeispiel der „LabLine“ nennt Hecker die Optimierung eines Hochrotationszerstäubers. Hier konnte der Anwender durch die Messung von Tropfengrößen und -geschwindigkeiten die Drehzahl an der Glocke erfassen und schon kleine Abweichungen vom Sollwert identifizieren. Ähnlich ging ein Hersteller von Lackierpistolen bei der Entwicklung einer neuen Modellgeneration vor. Dabei nutzte er die Spezifikationen der DIN SPEC 91325. Und es ist nicht überraschend, dass Lackhersteller wie BASF Coatings das Spray-Spy-Messverfahren auch bei der Entwicklung neuer Lacke anwenden.

Ein weiteres Anwendungsfeld ist das Auftragen von Funktionsbeschichtungen auf Kunststoffen – zum Beispiel von Sprühklebern auf Airbag-Abdeckungen. Bei ihnen muss eine definierte Mindeststärke gewährleistet sein.

Inline-Überwachung der Produktion

Die Messsysteme lassen sich aber auch in Produktionsanlagen integrieren. Damit ist eine vollautomatische Inline-Überwachung der Produktion sichergestellt. Die Steuerung wertet die gewonnenen Daten in Echtzeit aus und kann zum Beispiel einen Alarm ausgeben, wenn eine Messgröße außerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegt. Meiko Hecker: „Durch diese Integration der Messtechnik in den Prozess kann der Anwender bis zu 60 Prozent der häufigsten Lackierfehler in Echtzeit detektieren und sofort reagieren.“ Durch die Speicherung der Daten in einer lokalen Datenbank oder einer Cloud wird die Qualitätskontrolle als Log-file dokumentiert. „Zusätzlich können die Daten umfassend analysiert werden – zum Beispiel als Big-Data-Anwendung oder mit Hilfe künstlicher Intelligenz“, sagt Hecker und ergänzt: „Die entsprechenden Instrumente bieten wir an.“

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Spray-Spy-Technologie als Dienstleistung

Ebenso bietet AOM-System die Messung mit der Spray-Spy-Technologie als Dienstleistung an. Und das gilt nicht nur für die Lackiertechnik: Das Verfahren bringt überall dort Erkenntnisgewinn, wo Produkte durch Sprühprozesse veredelt oder wo Wirkstoffe eingespritzt werden. Deshalb hat das Unternehmen auch schon das Sprühverhalten von Einspritzdüsen für Verbrennungsmotoren erfasst und visualisiert, und zwar sowohl für die Einspritzung von Dieselkraftstoff als auch für „AdBlue“.

Außerhalb der Automobilindustrie ist das Anwendungsgebiet dieses Messverfahrens ebenfalls weit gefasst. Bei Landmaschinen lässt sich mit dem Spray-Spy-System die Ausbringung von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln erfassen, in der Pharmaproduktion die Wirkweise von Dragieranlagen für Tabletten. Und ganz generell können Hersteller und Anwender mit diesem Verfahren die Leistung von Düsen und Zerstäubern erfassen.

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