Problemstellung:

In der Fahrzeugserienlackierung ist es Stand der Technik, dass alle benötigten Lacke verarbeitungsfähig vom Lackhersteller in Großgebinden angeliefert, in einem oder mehreren zentralen Farbmischräumen in Kesseln bevorratet werden und über Ringleitungen an die Abnahmestellen gelangen. Damit verbunden ist für jeden Farbton ein eigener Logistikaufwand, eine hohe Anzahl von Farbversorgungssystemen und eine begrenzte Flexibilität. Die Kundenanforderungen zielen jedoch hinsichtlich der Farbgebung auf höhere Individualisierung und damit hinsichtlich der Farbversorgung auf höhere Flexibilität und größeren Variantenreichtum.

Zielsetzung:

Ausgehend von der beschriebenen Situation ist es naheliegend, das Farbversorgungssystem radikal umzustellen und nicht mehr jeden einzelnen Farbton vorgemischt zu beziehen, sondern die Elemente der gesamten Farbpalette aus einigen standardisierten Komponenten nach dem Prinzip der subtraktiven Farbmischung erst unmittelbar vor der Applikation zusammenzusetzen. Die vorhandenen Farbversorgungssysteme könnten für die Komponenten weiterverwendet werden, der applikationsfertige Lack würde aber erst im Bereich der Lackierkabine aus diesen Komponenten erzeugt und auf kurzem Weg mit geringen Verlustvolumina direkt zu den Applikationseinrichtungen weitergeleitet.

Eine erste Anwendung dieser Technologie soll zu basislackanalog eingefärbten Füllern führen, welche in Öffnungsbereichen von Türen und Klappen den Basislack vollständig ersetzen.

Da man im Füller wesentlich weniger Farbversorgungssysteme zur Verfügung hat als im Basislack, ist Voraussetzung für eine Umsetzung dieses Konzeptes die Verfügbarkeit der skizzierten Mischtechnologie.

Durchführung:

Strömungssimulation der Farbmischkammer
und des Rührflügels

Auf Grund von theoretischen Betrachtungen und Modellen sollen die bereits vorliegenden Prämissen zur Auslegung und Gestaltung des Mischers mittels CFD-Simulationen noch einmal überprüft und hinterfragt werden.

Um eine Aussage über die Mischungsgüte und somit die Farbstabilität geben zu können, werden die Volumenanteile der einzelnen Grundfarben über ein Volumenintegral am Auslass berechnet. Mit diesem CFD-Simulationsmodell ist die Konstruktion ohne Hardwareänderungen überprüft und der Mischflügel über mehrere Iterationsschleifen auf ein optimales Mischungsergebnis hin optimiert worden.

Um eine Aussage über die Mischungsgüte treffen zu können, wird über den Auslassquerschnitt und einer Zellenbreite zu jedem Zeitschritt die Volumenanteile der verschiedenen Farbtöne berechnet. Die Zeit vom Einspritzen der Farbtöne bis zum Erreichen des Auslasses wird ebenso dargestellt. Des Weiteren lässt sich eine Farbschichtung aus den Ergebnissen ableiten. Aus der Schwingungsbreite der einzelnen Farben um den Sollwert lässt sich auf die Mischungsgüte und somit auf die Farbstabilität schließen. Der Mischflügel mit dem kleinsten Mischvolumen zeigt das beste Mischungsergebnis in der Berechnung.

Diese Berechnungsergebnisse sind im Labor der Hochschule Ingolstadt durch Mischungsversuche der Farbrezepturen und anschließender Lackierung mit farbmetrischer Vermessung durch das X-Rite Messsystem MA68II verifiziert worden. Dabei zeigte sich eine gute Übereinstimmung zwischen der Strömungssimulation und den Mischungsversuchen.

Mischversuche mit basislackanalog eingefärbten Füllerfarbtönen

In diesem Schritt ist die Vielfarbenmischanlage direkt mit einem ESTA-Labpainter kontaktiert, um unter definierten Lackierparametern wie z. B. Schichtdicke, Luftfeuchtigkeit und Temperatur zu arbeiten. Die Lackierversuche dienen dem Nachweis, dass das System in der Lage ist, unter Serienbedingungen zuverlässig, reproduzierbar und farbtongenau zu arbeiten. Um die Farbtongenauigkeit nachweisen zu können, sind Coil-Bleche mit definierten Rezepturen auf dem Labpainter lackiert und anschließend über das Farbmetrikmesssystem vermessen worden. Beispielsweise zeigt sich bei einer Rezeptur mit den Grundfarben weiß (34,9 %), gelb (65,0 %) und rot (0,10 %) eine sehr gute Mischungsgenauigkeit und Farbstabilität über den Versuchszeitraum. Die Abweichungen der Lackierproben liegen immer unter der geforderten Farbgenauigkeit. Die Abweichung ist für das menschliche Auge nicht mehr zu unterscheiden.

Serienlackierversuch mit basislackanalog eingefärbten Füllerfarbtönen

Als Versuchsträger dient ein A3 Sportback. Der basislackanalog eingefärbte Füller wurde mittels der Vielfarbenanlage in der Hochschule Ingolstadt gemischt und in einen Hobbock abgefüllt. Lackiert wurden die linke Seite sowie der Motorraum und die Frontklappe innen. Im Motorraum und der Frontklappe wurde nur der basislackanalog eingefärbte Füller ohne Basislack und Klarlack, in den Öffnungsbereichen der Türen nur der basislackanalog eingefärbte Füller ohne Basislack aber mit Klarlack appliziert. Auf der Außenfläche der Türe vorne wurde über den basislackanalog eingefärbten Füller der normale Basislackaufbau und auf der Außenfläche der Türe hinten ein reduzierter Basislackaufbau aufgebracht. Dieser zeigt bei den untersuchten Farbtönen, dass der Basislack in den Öffnungs- und Innenbereichen der Türen, Klappen und im Motorraum vollständig durch den basislackanalog eingefärbten Füller ersetzt werden kann. Dadurch können die Türen und Klappen in der Basislackapplikation vollständig geschlossen bleiben.

An den lackierten Türen hinten zeigte sich, dass ein Entfall der BC-ESTA Applikation und somit eine reduzierte Schichtdicke durch eine reine Air-Applikation auf den Außenbereichen ohne Qualitätsminderung für den Kunden machbar ist.

Fazit:

Aufgrund der guten Ergebnisse der Berechnung, der Technikumsversuche und des Serienlackierversuches befindet sich das Projekt zurzeit in der konstruktiven Anpassung der Vielfarbenmischanlage für einen Serieneinsatz an einer Lackierlinie.