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Optimierungen

Standardisierte Methoden zur schnellen und sicheren Technologieauswahl in Form von z.B. Entscheidungstabellen oder Bewertungsmethoden sind derzeit nicht verfügbar. Jeder Betrieb besitzt individuelle Merkmale, die z.T. erheblichen Einfluss bei der Ausgestaltung von ganzheitlichen Lösungskonzepten ausüben. Der technologische Überblick und Sachverstand als Grundlage der Auswahl der sachdienlichen Vorschläge für die jeweiligen Betriebe lässt sich nicht in ein Schema oder Handlungskonzept kleiden.

In sämtlich ausgewählten Betrieben konnten aus den Untersuchungsergebnissen der Ist-Analyse mehr oder weniger hohe Innovations-, Optimierungs- und Rationalisierungspotentiale im Sinne der Zielsetzung des Projektes ermittelt werden.

Die Lackiertechnik durchläuft seit vielen Jahren einen starken technologischen Wandel, der weiter anhält. Das erfordert, neue Lackierkonzepte vorzuschlagen, die voraussichtlich länger dauernden Bestand haben. Der damit verbundene hohe Zeitdruck bei Optimierungs- und Planungsarbeiten sowie die oft begrenzten personellen Möglichkeiten neben den Alltagsarbeiten stellen in den ausgewählten kleinen und mittleren Unternehmen ein großes, scheinbar allgemein vorhandenes Problemfeld dar, mit u.a. den folgenden Konsequenzen:

  • Keine Ausschöpfung von Maßnahmen zur Reduzierung von Umweltbelastungen (Abwasser, Abluft und Abfall) und damit auch nicht zur Reduzierung von Kosten.
  • Fehleinschätzungen bei den Kosten der Lackierung, welche die Wettbewerbsfähigkeit teilweise maßgebend beeinflussen auf Grund unzureichender spezifischer Kostenstrukturen.
  • Unnötiger Energieverbrauch (erhöhte CO2 -Emissionen).
  • Qualitätseinbußen (Technologie mit zu geringer Fertigungssicherheit).
  • Keine ganzheitliche Betrachtungsweise. Oft leben auch Betriebsabteilungen nebeneinander daher, ohne sich abzustimmen, weil Kenntnisse von Zusammenhängen fehlen.
  • Überforderung der Mitarbeiter, insbesondere bezüglich ihrer Technologiekenntnisse und Fähigkeit zur Kommunikation.
Ziel und Arbeitsgrundlage zur Formulierung von ganzheitlichen Innovations-, Optimierungs- und Rationalisierungsmodellen bestehen prinzipiell darin, sämtliche Möglichkeiten der Erhöhung des Prozesswirkungsgrades anwendungsorientiert zu erarbeiten und dabei die gesamtbetrieblichen Spezifikationen im Rahmen des Umwelt -und Arbeitsschutzes, der betrieblichen Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit sowie der Qualitätssicherung zu berücksichtigen. Dieser ganzheitliche Ansatz dient neben der deutlichen Senkung der Prozessverluste und Kosten, bzw. Kostenkompensation für Maßnahmen von Neuinvestitionen und Qualitätssteigerungen und auch der Ermittlung von Schwachstellen in den Prozessabläufen und damit von Einsparpotentialen.

Es gilt in der Praxis aus unzähligen Fällen als empirisch abgesichert, dass durch relativ geringe Veränderungen in den einzelnen Arbeitsabläufen oder im Handling am Arbeitsplatz positive Effekte im Sinne des Umweltschutzes, wie Emissionssenkung, Abfallreduzierung, Reduzierung des Wasser- und Energieverbrauchs und anderer Ressourcen erzielbar sind. Entscheidende Voraussetzungen dazu sind die Qualifizierung und Motivation der Mitarbeiter.


Qualität des Lackierprozesses

Erhöhung der Erst-i.O.-Rate (=fehlerfreier Erstdurchlauf)

In nahezu allen Betrieben stellte sich im Laufe analytischer Diskussionen der Betriebsabläufe immer wieder heraus, dass teilweise erheblicher Aufwand durch Nachlackiervorgänge erforderlich wurde. Viele Randbedingungen des Lackierprozesses sind zu beachten, vornehmlich die Durchführung und Kontrolle gründlicher Vorbehandlungen der jeweiligen Substrate, um eine Vielzahl von Oberflächenstörungen- und fehler der nachfolgenden Beschichtungen zu vermeiden. Weitere vermeidbare Fehler sind Kocher, Läufer, Nadelstiche auf Grund eines nicht optimierten Prozessablaufs und immer wieder Schmutzeinschlüsse durch falsche Luftführung und insgesamt mangelnde Sauberkeit. Die Verbesserungsvorschläge gehen auch auf diese Gesichtspunkte ein. Falls Nacharbeiten erforderlich werden, so sind diese durch geeignete Maßnahmen, wie z.B. bessere Poliertechniken oder spot-repair, gegenüber einer häufig durchgeführten Neulackierung zu minimieren. Diese Möglichkeiten werden zu selten ausgeschöpft.


Beschichtungsaufbau

Die Verringerung der Anzahl von Lackschichten durch Einsatz optimierter Lacksysteme führt zu erheblichen Einspareffekten in vielen Kostenbereichen, z.B. Materialeinkauf, Entsorgung, Wasser- und Energieverbrauch. Andererseits werden die Ausbringmengen in Folge des schnelleren Betriebsablaufs deutlich erhöht, was u.U. zur Umsatzsteigerung und Verbesserung der Wirtschaftlichkeit führt.

In die gleiche Richtung zielt eine Reduzierung der Schichtdicken der Beschichtung sowie deren gleichmäßigere Verteilung auf dem Werkstück. Darüber hinaus bedeutet in der Regel ein geringerer Lackverbrauch auch geringere VOC-Emissionen.


Umweltgerechte Lackierverfahren

Alle Lackierverfahren, die im Vergleich zu dem herkömmlichen Hochdruck-Spritzverfahren höhere Auftragswirkungsgrade als 20-40% erzeugen, können allgemein als umweltgerechtere Applikationsverfahren bezeichnet werden.

Es gehören dazu zum einen manuelle Verfahren, zum anderen sind es Lackierverfahren in großräumigen maschinellen Anlagen sowie auch jene mittels prozessgesteuerter Roboter und Automaten, die qualitativ hochwertig und dabei sehr wirtschaftlich arbeiten. Für einen betrieblichen Einsatz sind die Besonderheiten der teilweise komplizierten Fertigungsparameter zu berücksichtigen.

Tabelle 1 zeigt tabellarisch die empirisch ermittelten Auftragswirkungsgrade der unterschiedlichen Applikationsverfahren.

Applikationsverfahren
Lack-Auftragswirkungsgrad [ %]
Streichen - Rollen - Ziehen - Wischen
90-95
Gießen
95-98
Walzen
95-98
Tauchen - Fluten - Trommeln - Vakuumlackieren
95-98
Elektrotauchlackierung
99
Heißspritzverfahren
50-60
Pneumatisches Zerstäubungsverfahren:
 
Hochdruckspritzen
20-40
HVLP (High Volume Low Pressure)
40-50
LVLP (Low Volume Low Pressure)
50-60
Hydraulische Zerstäubung
 
Airless
30-40
Airless mit Luftunterstützung (Airmix, Air-Combi u.s.w.)
30-40
Pulverbeschichten
95
Pneumatische und hydraulische Sprühverfahren mit elektrostatischer Aufladung
60-85
Rein elektrostatisch: Sprühspalt - Sprühglocke - Sprühscheibe
80-95
Elektrostatische Hochrotationsverfahren
80-95
Tabelle 1: Übersicht der wichtigsten Zerstäubungs- und Sprühverfahren und deren Lackauftragswirkungsgradbereiche

= nach oben =


Lackiergeräte

Die optimale Einstellung der Applikationsgeräte (vornehmlich Handspritzpistolen) reduziert deutlich den Oversprayanteil der verspritzten Lacke, führt zu geringerer Lacknebelbildung und erhöht insgesamt die Lackierleistung. Voraussetzung dafür ist die betriebsinterne Schulung der Mitarbeiter der Lackierabteilung.


Automatisierung des Lackierprozesses

Die als Lackierroboter eingesetzten Lackiergeräte sind als umweltfreundliche Variante der Lackierverfahren einzustufen. Die relativ hohen Investitionskosten verhindern in der Regel den Einsatz in den kleinen und mittleren Unternehmen, ebenso die oft notwendige Flexibilität auf Grund der Teile- oder Farbtonvielfalt. Kleinmengen-Farbwechselkonzepte sind praktisch unbekannt. Es muss auch nicht immer gleich ein Roboter sein; die Automatisierungsmöglichkeiten mit dem Ziel der höheren Qualitätskonstanz sind vielfältig. Je nach Fertigungsprodukt, -größe und -umfang rechtfertigt sich aus den Ergebnissen einer durchgeführten Kosten-Nutzen-Analyse oft die Anschaffung.


Reinigungsgeräte

In den KMU werden teilweise erhebliche Mengen an Lösemitteln für die Reinigung von Spritzgeräten verbraucht. Der Lösemitteleinsatz für diese Reinigungsvorgänge erreicht durchaus einen Anteil, der in ungünstigen Fällen bei 20-30% des gesamten jährlichen Lösemitteleinsatzes des Betriebes liegen kann.

Die Anschaffung von geschlossenen Spritzgeräte-Reinigungsanlagen ist sinnvoll, allein schon aus erheblichen Kosteneinsparungsgründen. Der wirtschaftliche Effekt erhöht sich nochmals beträchtlich, wenn zusätzlich entsprechende Lösemittel-Wiederaufbereitungsanlagen eingesetzt werden.


Weitere nichttechnische bedeutende Optimierungsfaktoren sind:

Mitarbeiterschulungen und Motivationsstrategien

Dieser Bereich wird stark vernachlässigt, da die Lackiertechnik oft in ihrer Bedeutung unterschätzt wird.


Verbesserung des Führungsstils der Führungskräfte

Entsprechend der unterschätzten Bedeutung der Lackiertechnik wird häufig mit angelernten Kräften gearbeitet, wo Fachkräfte erforderlich wären.


Verbesserung von Organisationsstrukturen

Wegen mangelnder Fachkräfte wird zu wenig Verantwortung delegiert. Abteilungsübergreifende Kommunikation ist oft unterentwickelt.


Umweltfreundliche Lacksysteme

In den Anlagen der 31. BImSchV gibt es ausdrücklich die spezielle Wahl zwischen der Einhaltung anlagenspezifischer Emissionsgrenzwerte und der Vereinbarung eines Emissionsminderungsplanes mit befristetem Emissionsminderungsziel ( 2005 bzw. 2007 für bestehende Anlagen). Dieses Emissionsminderungsziel kann unter anderem erreicht werden durch den Einsatz lösemittelarmer und/oder -freier Lacksysteme. Durch diese Verfahrensweise können zusätzlich latente Schwachstellen in Prozessabläufen erkannt und zum Teil erhebliche Einsparpotentiale ermittelt werden.

Nach der "Deutschen Lösemittelverordnung" für nicht genehmigungsbedürftige Anlagen spielt zukünftig neben den Schwellenwertabsenkungen der Lösemittelverbräuche in einigen Branchen und der deutlich verkürzten Sanierungsfristen der VOC-Gehalt der eingesetzten Lacksysteme im verarbeitungsfertigen Zustand eine entscheidende Rolle.

Reiht man die unterschiedlichen Lacksysteme und deren empirische prozentuale Lösemittelanteile in eine Systematik für industrielle, aber auch handwerkliche Anwendungen ein, so ergibt sich die nachstehende Zusammenstellung in Tabelle 2. Bei der Bewertung der Lacksysteme für den jeweiligen Anwendungsfall sind neben der Emissionsreduzierung spezifische Kriterien, wie Anwendungs- und Oberflächeneigenschaften, zu beachten.

Lacksystem
Lösemittelgehalt [ %]
Einkomponentige lösemittelbasierende Standardsysteme
70-85
Zweikomponentige lösemittelbasierende Standardsysteme
60-75
Einkomponentige festkörperreiche Systeme
(High solids, Medium Solids)
30-50
Zweikomponentige festkörperreiche Systeme
(High solids, Medium Solids)
20-50
Wasserlacke
3-20
Strahlenhärtende Systeme (UV, ESH)
0-30
Elektrotauchlacke
2-10
Pulverlacke
0
Tabelle 2: Übersicht praxisüblicher Lacksysteme und deren prozentuale Lösemittelgehaltsbereiche

= nach oben =


Recyclingverfahren

Die Rückgewinnung und der Wiedereinsatz von Lacknebel-(Overspray-)verlusten beim Spritzlackieren sind nach heutigem Kenntnisstand vorwiegend in der industriellen Holzteilelackierung und Metallteilelackierung praxiserprobt und werden hier auch bereits eingesetzt.

Je nach Rückgewinnungsverfahren und Anlagenkonzept werden praxisüblich 60-90% des Oversprays zurückgewonnen.

Wasserlacke bieten allgemein die besten Voraussetzungen zur direkten Rückgewinnung, z.B. über die Ultrafiltrationstechnik. Der Einsatz von Rückgewinnungssystemen ist aber stark von den betrieblichen Randbedingungen abhängig. Aufwändige Verfahren stellen in KMU meist ein Wirtschaftslichkeitsproblem dar.

Bezeichnung
Funktionsprinzip
Lackbeflutete Spritzkabine
"Lack in Lack"
Direkte Overspray-Abscheidung im Lackvorrat, Lack als Auswaschmittel
Gekühlte Auffangvorrichtung
"Coolac"
Abscheiden mit Ablaufen des Oversprays auf gekühlten Flächen
Rotierende Auffangsäule
"Prolac"
Bewegtes Band
"Relac"
Rotierende Scheibe
Ablaufen oder Abstreifen der Oversprayabscheidung mit oder ohne Benetzungsmittel
Ultrafiltration
Overspray wird im Kabinenauswaschwasser abgeschieden und anschließend zu Lack aufkonzentriert
Teflonbeschichtete Flächen
Nach Abscheidung des Oversprays auf schwerbenetzbaren Flächen erfolgt mechanisches Ablösen
Spezielle Lackkoagulatbehandlung
Koagulat wird verwertet zu Lackrohstoff oder Recyclinglack
Tabelle 3: Überblick über praxisrelevante Recyclingsysteme zur Overspray-Rückgewinnung.

= nach oben =