Kriterien für saubere Zerstäuber

Je besser man die zugrunde liegenden Faktoren versteht, desto eher sind daraus geeignete Maßnahmen zur Vermeidung abzuleiten. Die Folge sind seltener auftretende  Stillstandzeiten, geringerer Materialverlust und weniger Fehllackierungen. Ein weiterer Antrieb für die durchgeführten Versuchsreihen war das hohe Interesse von Seiten der Anwender, darunter viele Automobil-OEM-Kunden. Um ein möglichst breites Anwendungsspektrum abzudecken, kamen bei den Untersuchungen alle gängigen Hochrotationszerstäuber diverser Hersteller wie beispielsweise Dürr, Sames Kremlin und ABB zum Einsatz. Zerstäubt wurden die relevanten Spritzlacksysteme – vom Füller über Basislacke bis hin zu Klarlacken.

1) Spritznebel (große Tropfen): Statisches Absetzen

Von subjektiv zu analytisch

Im Team von Dr. Daniel Briesenick in der Verfahrenstechnik Applikationsprozesse Europa um Projektleiter Harry Libutzki wurden dazu verschiedene Analysen durchgeführt. Die erste Hürde war, ein visuell subjektives Thema in einen analytisch auswertbaren Wert zu übersetzen. Dazu wurde eine spezielle gravimetrische Methode entwickelt, die es erlaubt, den Verschmutzungsgrad zu messen. High-Speed-Aufnahmen des Applikationsprozesses ermöglichten die Identifizierung von Lacksprayströmen, die zu einer Verschmutzung führen können. Somit war eine sowohl qualitative als auch quantitative Beschreibung der Zerstäuberverschmutzung möglich.

Risikofaktoren

2) Unterdruck (mittlere Tropfen): Ansaugeffekt am Spalt von Glocke/Lenkluftring

Zunächst identifizierten die Experten der BASF Risikofaktoren, die zu einer Verschmutzung des Zerstäubers führen können. Dabei handelt es sich um Unterdruckbereiche zwischen Zerstäubergehäuse und Glocke, die Ausbildung des Hochspannungsfelds und die Prozessführung. Die treibenden Kräfte sind dabei das statistische Absetzen von Spritznebel sowie elektrostatische Effekte. Kritisch ist auch der Ansaugbereich am Spalt Glocke/Lenkluftring. Diese Faktoren wurden mit den neuen Prüfmethoden getestet. Dabei stellten die Experten fest, dass bereits durch eher grundlegende, einfache Maßnahmen eine deutliche Reduktion der Zerstäuberverschmutzung erzielbar ist. So sollte darauf geachtet werden, dass Bewegungspfade des Zerstäubers durch Spritznebelbereiche vermieden werden. Zudem ist wichtig, ein optimales Hochspannungsfeld zur Karosserie aufzubauen und diese innerhalb der Prozessführung zu erhalten. Besteht bei den nassen Filmen noch eine Restladung, da zum Beispiel keine gute Erdung gegeben ist oder das elektrische Feld nicht gut ausgeprägt ist, kann es zu repulsiven Wechselwirkungen zwischen den bereits abgeschiedenen und den gerade aufgesprühten Lackpartikeln kommen. In der Folge werden Letztere daran gehindert, sich ebenfalls an der Oberfläche abzuscheiden, wodurch ein höherer Spritznebelanteil generiert wird.

Visueller Eindruck täuscht

Durch statistisch gravimetrische Messungen konnte zudem festgestellt werden, dass der visuelle Verschmutzungseindruck häufig täuscht. Der Verschmutzungsgrad schien visuell deutlich zu variieren. Die Messergebnisse zeigen allerdings deutlich, dass unabhängig vom Material derselbe Verschmutzungsgrad auftritt. Der visuelle Eindruck stimmt folglich nicht mit der real auftretenden Verschmutzung überein.

3) Hochspannung (kleine Tropfen): Elektrostatische Effekte. Fotos: BASF Coatings

Ein weiteres Ergebnis ist, dass das zerstäubte Material – ob nun Decklack, Füller oder Klarlack – nur einen geringen Einfluss auf die auftretende Verschmutzung hat. Um die Verschmutzung auch funktionell greifbar zu machen, untersuchten die Analysten der BASF in einem weiteren Projekt unter der Leitung von Kai Schäfer die Transfer Efficiency (TE), die dem deutschen Auftragswirkungsgrad (AWG) entspricht. Dieser gibt den Anteil des Lackmaterials an, das sich auf dem La­ckierobjekt abscheidet. Der Wert entspricht dem gesamten eingesetzten Lackmaterial abzüglich des Spritznebelanteils. Je höher der AWG, desto mehr Lack wird auf dem Lackierobjekt abgeschieden und desto geringer ist der Spritznebelanteil. Je geringer der Spritznebelanteil ist, desto kleiner ist das Risiko für eine Verschmutzung des Zerstäubers. Das Ziel der Messungen war folglich die Maximierung des Auftragswirkungsgrads, der immer statistischen Schwankungen unterliegt.

Relevante Faktoren

Faktoren, die den AWG nach Auswertung der durchgeführten Versuche nachweislich verbessern, sind eine gute Erdung des Lackierobjekts, kleinere Drehzahlen der Hochrotationsglocken, höhere Luftfeuchte in der Lackierkabine, Abführen des Spritznebels sowie der Einsatz höherer Spannungen. Bei lösemittelhaltigen Lacksystemen kann auch die Zugabe eines Leitmittels zu einer Verbesserung führen, sollte die Erdung im Prozess nicht optimal sein.

Zum Netzwerken:
BASF Coatings GmbH, Münster, Jörg Zumkley, Tel. +49 2501 14-3453, joerg.zumkley@basf.com, www.basf.com