Suchen

Fraunhofer-IPA UV-Kugel macht Lackieren einfach und schnell

Redakteur: Stéphane Itasse

Trocknungsverfahren für herkömmliche Lacke verbrauchen viel Energie. Mit einer neuartigen, raffinierten Anlage für UV-Lacke senken Forscher den Energiebedarf, schonen die Umwelt und verkürzen die Taktzeiten.

Firma zum Thema

Innenraum der durch Dreiecke angenäherten UV-Kugel mit vier Schaltknäufen. Zum Be- und Entladen kann der obere Teil der Pilotanlage aufgeklappt werden.
Innenraum der durch Dreiecke angenäherten UV-Kugel mit vier Schaltknäufen. Zum Be- und Entladen kann der obere Teil der Pilotanlage aufgeklappt werden.
(Bild: Fraunhofer-IPA/Rainer Bez)

Die herkömmliche UV-Härtung für die industrielle Anwendung stößt allerdings an Grenzen, wenn das Bauteil kompliziert geformt ist. Dann muss man die Lichtquelle oder das Werkstück mehrfach ausrichten und erreicht doch nicht alle Oberflächen optimal. Ein Konsortium von Unternehmen und Instituten hat nun eine Anlage entwickelt, die das überflüssig macht, schnell arbeitet und obendrein Energie spart, wie das Fraunhofer-IPA mitteilt.

Die Lacktrocknungsanlage beruht auf folgendem Prinzip: Wenn man Licht im Innenraum einer Kugel ausstrahlt, wird es durch die vielfachen Reflexionen an den Wänden nahezu ideal diffus. Positioniert man das Werkstück in einer solchen Kugel, wird seine Oberfläche überall gleichmäßig bestrahlt – ohne Aufwände zur Anpassung an das Bauteil.

Angenäherte Kugelkonstruktion aus 20 ebenen Dreiecken

Die Ingenieure am IPA verwenden keine exakte Kugel, sondern eine angenäherte Kugelform aus 20 ebenen Dreiecken, was leichter herzustellen ist. Die Innenoberfläche besteht aus Teflon, das mehr als 80 % der Strahlung reflektiert und obendrein schmutzabweisend und UV-beständig ist. Als UV-Lichtquellen dienen keine konventionellen Quecksilberdampflampen, sondern neuartige Hochleistungs-LED-Strahler, die wenig Energie verbrauchen, kurze Anlaufzeiten haben, schnell schaltbar sind und lange halten. „Die UV-LED-Lampen haben besonders vorteilhafte Eigenschaften, um sie in die UV-Kugel zu integrieren. Die geringen mechanischen Baumaße, die hohe optische Leistungsdichte und schnelle Taktbarkeit machen sie zur idealen Strahlungsquelle für diese Anwendung“, bestätigt Alfred Feilen, der Geschäftsführer des Konsortialunternehmens Easytec.

Bildergalerie

Auch ein neuer UV-Lack wurde genutzt, der ideal zur Anlage passt. „Die Herausforderung lag in der Abstimmung eines geeigneten Photoinitiators für die entsprechende Wellenlänge der LED und den geforderten Eigenschaften des Untergrundes am Bauteil. Es wurden zudem andere, neuentwickelte Lackproben an Automobilbauteilen getestet, die auch ohne Schutzgasbedingungen den Härtungsgrad erfüllen“, erläutert Joerg Schieweck, Mitarbeiter am Fraunhofer-IPA, auf Anfrage von MM Maschinenmarkt. Aber auch herkömmliche Lacke lassen sich verwenden, sogar solche, die ohne Schutzgas aushärten.

Lack härtet auch bei komplizierten Geometrien schnell aus

Der Prototyp erfüllt alle Erwartungen, wie es in der Mitteilung heißt: „Gleich mehrere lackierte 3D-Bauteile wurden in der patentierten UV-Kugel positioniert, die Hochleistungs-UV-LEDs eingeschaltet und nach wenigen Sekunden UV-Puls war die Lackschicht perfekt gleichmäßig ausgehärtet. Und das sogar bei kompliziert geformten Bauteilen, bei Hinterschneidungen und Bohrungen“, freut sich Rainer Röck, der Erfinder und Patentinhaber. „Das Geniale: Weder UV-Strahler noch Bauteile müssen bewegt oder verstellt werden; auch Größe und Geometrie der Bauteile sind nebensächlich“, ergänzt der Ingenieur.

Die Beleuchtungskammer hat Außenmaße von 1000 mm × 1000 mm, mit der CO2-Schutzgaskammer sind es 1200 mm × 1200 mm, wie Schieweck weiter berichtet. „Die Bauteile hatten eine Abmessung von 200 mm × 200 mm × 200 mm – Bauteile mit ähnlicher Oberfläche können in der Abmessung auch größer ausfallen“, sagt er. Die Zuführung wird bisher in der Pilotanlage von Hand durchgeführt, lediglich im oberen Kugelsegment wurden keine Strahler verbaut, um die Beschickung zu regeln.

Die auf wenige Sekunden verkürzten Härtungszeiten ermöglichen jetzt kurze Taktzeiten. Der Energieverbrauch reduziert sich auf circa ein Zwanzigstel im Vergleich zu thermischen Trocknungsverfahren. Da die Lacke keine oder deutlich weniger Lösemittel enthalten, muss die Abluft nicht abgesaugt werden. Und die Anlage benötigt wesentlich weniger Produktionsfläche als herkömmliche Anlagen, da laut Schieweck Gebläse, Gasbrenner, Fördertechnik, Einhausung und mehr entfallen. Obendrein ist sie skalierbar, lässt sich also in beliebiger Größe herstellen. Auch kann man sie in bestehende Anlagen integrieren. „Als Anwender freut es mich besonders, dass ohne Programmieraufwand Teile beliebiger Struktur sicher und schnell getrocknet werden und der Teilewechsel seinen Schrecken verliert“, äußert sich der Leiter funktionelle Beschichtungen Hartmut Jundt von der Ritzi Lackiertechnik GmbH.

Das Projekt „UV-Kugel-Puls-Anlage zur 3D-Lackhärtung“ wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert und lief über drei Jahre. Beteiligt waren neben dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA die Durst Lackier- und Trocknungsanlagen GmbH, die Easytec GmbH, das Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF der Universität Stuttgart, die Opsytec Dr. Gröbel GmbH und die Ritzi Lackiertechnik GmbH.

(ID:45228401)