Die Applikationstechnologie in Lackieranlagen umfasst die Verfahren und Systeme, mit denen Lackmaterial zerstäubt und auf Werkstückoberflächen übertragen wird. Sie beeinflusst maßgeblich Beschichtungsqualität, Materialverbrauch, Prozessstabilität und Auftragswirkungsgrad.
In automatisierten Lackieranlagen kommen unterschiedliche Applikationssysteme zum Einsatz. Welches System eingesetzt wird, hängt unter anderem von Bauteilgeometrie, Lackmaterial, Produktionsvolumen sowie den Anforderungen an Oberflächenqualität und Prozessstabilität ab.
Zu den wichtigsten Technologien gehören Hochrotationszerstäuber, luftzerstäubende Lackierpistolen und elektrostatische Applikationsverfahren.
Hochrotationszerstäuber
Hochrotationszerstäuber zählen zu den effizientesten Applikationssystemen in automatisierten Lackieranlagen. Das Lackmaterial wird auf eine rotierende Glocke geführt, auf deren Oberfläche sich durch die hohe Drehzahl ein dünner Lackfilm bildet. An der Abrisskante der Glocke zerreißt dieser Film in feine Lacktröpfchen, die anschließend zum Werkstück transportiert werden.
In Kombination mit elektrostatischer Aufladung können hohe Auftragswirkungsgrade unter geeigneten Bedingungen erreicht werden, da die geladenen Lackpartikel vom geerdeten Werkstück angezogen werden.
Typische Merkmale
- sehr feine und reproduzierbare Zerstäubung
- hohe Oberflächenqualität bei stabilen Prozessparametern
- hohe Materialeffizienz durch elektrostatische Unterstützung
- flexible Anpassung des Sprühbilds durch unabhängig steuerbare Lenkluftwege
- geeignet für Primer, Basislacke und Klarlacke
- einsetzbar für 2K- und 3K-Lacke sowie Wasser- und Lösemittellacke
- geeignet für Anlagen mit Farbwechseltechnik oder Molchtechnik
Durch ihre hohe Reproduzierbarkeit werden Hochrotationszerstäuber vor allem in automatisierten Serienprozessen eingesetzt, beispielsweise in der Automobilindustrie oder in der industriellen Serienlackierung.
Luftzerstäubende Lackierpistolen (Typ INHP)
Luftzerstäubende Lackierpistolen werden in automatisierten Lackieranlagen eingesetzt, wenn Flexibilität bei wechselnden Bauteilen, Materialien oder Prozessanforderungen im Vordergrund steht. Sie eignen sich sowohl für vollautomatisierte Serienlackieranlagen als auch für Anwendungen mit häufig wechselnden Medien oder stark variierenden Bauteilgeometrien.
Das Lackmaterial wird durch Druckluft zerstäubt. Die Luft zerreißt den Materialstrom in Tropfen, die anschließend auf Werkstückoberflächen übertragen werden. Sprühbild und Tropfengröße lassen sich über Luftdruck, Materialdruck, Düsengeometrie, Luftkappendesign und Materialfluss präzise einstellen.
Typische Merkmale
- gleichmäßige Schichtdicken bei stabilem Sprühbild
- sehr vielfältige Sprühbilder durch zahlreiche Luftkappen– und Düsenkombinationen
- getrennte Regulierung von Horn- und Zerstäuberluft
- angepasste Luftkappengeometrien unterstützen einen hohen Auftragswirkungsgrad
- kompatibel mit Wasser- und Lösemittellacken, Klebstoffen sowie 2K- und 3K-Gemischen
- geeignet für Anlagen mit Farbwechseltechnik durch strömungsoptimierte, kurze lackführende Kanäle und gute Spülfreundlichkeit
- modularer Baukasten für den Betrieb an Robotern und Flächenautomaten
Elektrostatische Lackierung
Bei der elektrostatischen Lackierung werden Lackpartikel elektrisch geladen und vom geerdeten Werkstück angezogen. Der sogenannte Umgriffeffekt kann die Materialübertragung verbessern, den Auftragswirkungsgrad erhöhen und die Beschichtung von Kanten-, Rand- oder rückseitigen Bereichen unterstützen.
Bei tiefen Vertiefungen, engen Innenkonturen oder elektrisch abgeschirmten Bereichen kann jedoch der Faraday-Käfig-Effekt auftreten. In solchen Bereichen gelangen elektrische Feldlinien nur eingeschränkt hinein, wodurch die Lackabscheidung erschwert werden kann. Die Wirksamkeit elektrostatischer Applikation hängt deshalb stark von Bauteilgeometrie, Erdung, Anlagenkonzept und Prozessparametern ab.
In der Praxis werden elektrostatische Verfahren überwiegend in Kombination mit Hochrotationszerstäubern eingesetzt. Luftzerstäubende Systeme können grundsätzlich ebenfalls elektrostatisch betrieben werden, erfordern jedoch zusätzlichen technischen Aufwand und kommen deshalb vor allem in spezifischen Anwendungen zum Einsatz.
In industriellen Lackieranlagen werden hauptsächlich zwei Varianten eingesetzt.
- Direktaufladung: Bei der Direktaufladung liegt der Zerstäuber auf Hochspannungspotential. Das Lackmaterial wird beim Durchströmen durch direkten Kontakt sehr effizient aufgeladen. Dadurch können unter geeigneten Bedingungen hohe Auftragswirkungsgrade erreicht werden. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an Isolation, Erdung und Anlagenkonzept, insbesondere bei leitfähigen Lackmaterialien. Da keine außen angeordneten Elektroden erforderlich sind, bleibt der Zerstäuber vergleichsweise kompakt. Dadurch eignet sich die Direktaufladung auch für Anwendungen mit begrenztem Bauraum oder engen Bauteilgeometrien.
- Außenaufladung: Bei der Außenaufladung erfolgt die Aufladung über externe Elektroden. Der Lack kommt dabei nicht direkt mit hochspannungsführenden Bauteilen in Kontakt. Diese Variante kann bei leitfähigen Lacken mit geringerem technischem Aufwand eingesetzt werden, da kein Potentialtrennsystem erforderlich ist. Durch die außen angeordneten Elektroden benötigt der Zerstäuber jedoch mehr Bauraum, wodurch der räumliche Einsatzbereich eingeschränkt sein kann.
Der Einsatz elektrostatischer Systeme hängt stark von Material, Anlagenkonzept und Sicherheitsanforderungen ab.
Lenkluft und Sprühbildsteuerung
Die Lenkluft, auch Shaping Air genannt, beeinflusst Form, Breite und Stabilität des Sprühstrahls und damit die Reproduzierbarkeit des Sprühbilds.
Durch mehrere unabhängig steuerbare Lenkluftkanäle lässt sich das Sprühbild präzise an unterschiedliche Bauteilgeometrien und Prozessanforderungen anpassen.
Eine korrekt eingestellte Lenkluft trägt wesentlich dazu bei:
- gleichmäßige Schichtdicken zu erreichen
- Overspray zu reduzieren
- eine stabile Tropfenbahn zum Werkstück sicherzustellen
Verschmutzte oder beschädigte Lenkluftringe zählen zu den häufigsten Ursachen für instabile Sprühbilder und sollten regelmäßig überprüft werden.
Lackierglocken – Ausführungen und Auswahl
Lackierglocken bilden das zentrale Zerstäubungselement eines Hochrotationszerstäubers. Das Lackmaterial verteilt sich auf der rotierenden Glockenoberfläche als dünner Film und zerfällt an der Abrisskante in Tropfen.
Die Geometrie der Abrisskante beeinflusst maßgeblich, wie sich der Lackfilm aufteilt und welche Tropfengrößen entstehen. Dadurch wirkt sie sich direkt auf Sprühbild, Tropfenspektrum und Oberflächenqualität aus.
- Glatte Abrisskante: Bei einer glatten, hochglanzpolierten Abrisskante reißt der Lackfilm ohne zusätzliche Strukturierung ab. Dabei entstehen unterschiedlich große Tropfen. Diese Ausführung eignet sich für Anwendungen mit guter Oberflächengüte und zeichnet sich im Betrieb durch vergleichsweise geringen Verschleiß aus.
- Feinstrich / Strichrändel: Beim Feinstrich wird der Lackfilm vor dem Abriss durch eine definierte Strukturierung in feine Flüssigkeitsfäden aufgeteilt. Dadurch entsteht eine gleichmäßigere Tropfenverteilung und ein besser kontrollierbares Sprühbild. Diese Ausführung eignet sich besonders für Lackierungen mit anspruchsvoller Oberflächengüte.
- Kreuzrändel: Beim Kreuzrändel wird der Lackfilm durch eine kreuzförmige Struktur besonders definiert aufgeteilt. Dadurch entstehen kleine, gleichmäßige Tropfen, die ein hochwertiges und homogenes Oberflächenbild unterstützen können. Je nach Lackmaterial und Prozessführung kann diese Ausführung außerdem dazu beitragen, im Lack enthaltene Lufteinschlüsse beziehungsweise Mikrobläschen zu reduzieren.
Welche Abrisskante die beste Wahl ist, hängt vom Zusammenspiel aus Lackmaterial, Viskosität, Materialfluss, Glockendrehzahl, Lenkluft, Bauteilgeometrie und gewünschter Oberflächenqualität ab. Auch die Beanspruchung der Abrisskante und die angestrebte Standzeit können bei der Auswahl eine Rolle spielen.
Bereits geringe Verschmutzungen oder Beschädigungen an der Abrisskante können Tropfengröße und Sprühbild beeinflussen und die Prozessstabilität beeinträchtigen.
Neben der Abrisskante beeinflusst auch der Glockendurchmesser das Sprühbild. Kleinere Glocken werden häufig bei komplexen Geometrien oder kleineren Bauteilen eingesetzt, größere Glocken eher bei großen Flächen mit höherem Materialdurchsatz.
Einfluss der Applikationstechnologie auf den Auftragswirkungsgrad
Der Auftragswirkungsgrad beschreibt, welcher Anteil des eingesetzten Lackmaterials tatsächlich auf dem Werkstück landet. Er wird von mehreren Faktoren beeinflusst: Applikationstechnologie, elektrostatische Unterstützung, Sprühbild und Tropfengröße, Bauteilgeometrie, Anlagenparameter sowie Prozessstabilität.
Hochrotationszerstäuber können unter geeigneten Bedingungen hohe Auftragswirkungsgrade erreichen. Luftzerstäubungssysteme bieten dagegen eine hohe Flexibilität bei wechselnden Anwendungen.
Die Wahl der richtigen Applikationstechnologie ist daher immer eine technische Abwägung zwischen Materialeffizienz, Prozessflexibilität, Oberflächenanforderungen, Anlagenkonzept und Investitionsaufwand.
Wann ist Hochrotationszerstäubung die bessere Wahl gegenüber Luftzerstäubung?
- Hochrotationszerstäuber eignen sich besonders für automatisierte Serienanlagen mit hohem Durchsatz und stabilen Prozessbedingungen. In Kombination mit Elektrostatik können unter geeigneten Bedingungen hohe Auftragswirkungsgrade erzielt werden. Luftzerstäubung ist dagegen häufig die bessere Lösung bei wechselnden Medien, variierenden Bauteilgeometrien oder flexiblen Prozessanforderungen.
Welchen Einfluss hat die Glockenauswahl auf das Beschichtungsergebnis?
Glockendurchmesser und Abrisskante beeinflussen Sprühbild, Tropfenspektrum und Oberflächenqualität. Kleinere Glocken werden häufig bei komplexeren Geometrien oder kleineren Bauteilen eingesetzt, größere Glocken eher bei großen Flächen mit höherem Materialdurchsatz.
Was ist der Unterschied zwischen Direkt- und Außenaufladung?
- Bei der Direktaufladung liegt der Zerstäuber auf Hochspannungspotential, wodurch das Lackmaterial durch direkten Kontakt sehr effizient aufgeladen werden kann. Bei der Außenaufladung erfolgt die Aufladung über externe Elektroden, ohne dass der Lack direkt mit hochspannungsführenden Bauteilen in Kontakt kommt. Diese Variante kann bei leitfähigen Lacken mit geringerem technischem Aufwand eingesetzt werden, da kein Potentialtrennsystem erforderlich ist.
Welche Faktoren bestimmen den Auftragswirkungsgrad in Lackieranlagen?
Der Auftragswirkungsgrad wird unter anderem von der Applikationstechnologie, der elektrostatischen Unterstützung, dem Sprühbild, der Tropfengröße, der Bauteilgeometrie, der Erdung, dem Applikationsabstand sowie der Stabilität der Prozessparameter beeinflusst.
Welche Applikationstechnologie wird in der Automobilindustrie eingesetzt?
In der Automobilindustrie werden häufig Hochrotationszerstäuber mit elektrostatischer Unterstützung eingesetzt. Sie eignen sich für stabile Serienprozesse, hohe Oberflächenqualität und einen effizienten Materialeinsatz. Je nach Bauteil, Material und Anlagenkonzept können jedoch auch luftzerstäubende Lackierpistolen sinnvoll sein.
Weiterführende Themen
Die passende Applikationstechnologie hängt vom gesamten Lackierprozess ab. Weitere Informationen finden Sie auf unseren Seiten zur Auslegung automatisierter Lackierprozesse, zur Prozessoptimierung in automatisierten Lackieranlagen und zur Materialversorgung & Dosiertechnik.
Beratung zur Applikationstechnologie
Die Auswahl der passenden Applikationstechnologie ist ein entscheidender Faktor für stabile Lackierprozesse, hohe Oberflächenqualität und effizienten Materialeinsatz.
INDUSTRA unterstützt bei der Auswahl geeigneter Applikationskomponenten und berät im Kontext bestehender Lackieranlagen. Die Umsetzung erfolgt projektabhängig in Zusammenarbeit mit Anlagenbauern und Integrationspartnern.