Höchstleistungsfähige Prozessketten durch Lackierung im Takt der Montage

Lackieranlagen werden heute meist als zentrale »Universalanlage« konzipiert, in der das gesamte Teilespektrum (meist nasschemisch) vorbehandelt und lackiert wird. Entsprechend groß sind ihre Vorbehandlungszonen, Lackierkabinen und Lacktrockner dimensioniert und entsprechend hoch ist ihr Energieverbrauch.

Eine mehrstufige Logistik sorgt dafür, dass die aus den verschiedenen Fertigungsbereichen kommenden Bauteile der zentralen Lackieranlage in der Regel manuell zugeführt und danach in die weiteren Bereiche übergeben werden.

Vor und nach dem Lackierprozess sind nicht-wertschöpfende Prozessschritte notwendig, die außer Zeit weitere kostenintensive Ressourcen wie Personal, Energie, Lager-, Transport- und Kommissionierflächen sowie Transport und Handhabungseinrichtungen erfordern. Dabei unterbricht die räumliche und organisatorische Trennung der Fertigungsbereiche die Kontinuität und steigert noch die Komplexität der Prozesskette.

Eine am Fraunhofer IPA in Zusammenarbeit mit dem Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb (IFF) der Universität Stuttgart entwickelte Integrationsmethodik bietet jetzt neue Möglichkeiten zur systematischen Verkürzung von Prozessketten. Mit einem neuentwickelten IT-Tool können die Integrationsfähigkeit verschiedener Vorbehandlungs-, Lackier- und Trocknungsverfahren bewertet und damit gerade für unterschiedliche Produktfamilien Rationalisierungspotenziale aufgedeckt werden.

Dezentrale Pulverbeschichtungsanlage reduziert Stückkosten und Durchlaufzeit
Ihre Feuerprobe bestand die neue Methodik bei einem Unternehmen der Büromöbelbranche. Die Berechnungen zeigten, dass durch die Verlagerung einer variantenreichen Produktfamilie von der bestehenden zentralen Pulverbeschichtungsanlage in eine dezentrale montageintegrierte Pulverbeschichtung die Stückkosten um 10 Prozent reduziert werden können.

Dazu tragen die im Vergleich zu einer herkömmlichen Pulverbeschichtungsanlage geringeren Investkosten der kompakten integrierten Beschichtungsanlage sowie der Wegfall von nicht-wertschöpfenden Prozessschritten bei. Nicht zu vernachlässigen sind hierbei auch die einsparbaren Kosten in der Produktionsplanung und -steuerung. Durch die Stückkostenreduzierung ergibt sich bei der betrachteten Produktfamilie für die Rationalisierungs-Investition eine Amortisationsdauer von weniger als einem Jahr.

Dabei ist berücksichtigt, dass in der zentralen Pulverbeschichtungsanlage weiter- hin die übrigen Bauteile beschichtet werden. Außerdem führt die Verkürzung der Prozesskette zu einer Reduzierung der gesamten Produktionsdurchlaufzeit: Bauteile der variantenreichen Produktfamilie lassen sich so kundennäher in vier statt wie bisher in 5 Tagen produzieren.

Die gesamte Pulverbeschichtung dauert nicht einmal mehr 20 Minuten
Mit der Methodik wurden die produkt- und ressourcenrelevanten Anforderungen an die montageintegrierte Pulverbeschichtung analysiert und daraus ein Integrationsszenario für eine Beschichtung im Takt der Montage abgeleitet. Hier verringert sich die Durchlaufzeit durch die gesamte Beschichtungszone, d.h. Vorbehandlung, Pulverapplikation, Einbrennen und Abkühlen, von heute 3,5 Stunden auf weniger als 20 Minuten.

Eine entscheidende Rolle spielen dabei die trockene Vorbehandlung durch Strahlen statt einer nasschemischen Vorbehandlung in Verbindung mit dem erforderlichen Haftwassertrocknungsprozess sowie das schnelle Einbrennen der Pulverlackschicht mit Infrarotstrahlern statt im Konvektionsofen. Die Pulverlack-Applikation kann je nach dem vorgesehenen Automatisierungsgrad bzw. je nach Variationsbreite der Formelemente an den Bauteilen mit Pulversprühpistolen oder mit dem am IPA/IFF entwickelten pistolenlosen TransApp®-Verfahren erfolgen.

Beschichtung der Bauteile im Takt der Montage

Die Ergebnisse begleitender produktionsnaher Versuche am Fraunhofer IPA zeigen: die einzelnen Prozesszeiten der Verfahrensfolge machen eine Beschichtung der Bauteile der variantenreichen Produktfamilie im Takt der Montage möglich. Nach der Beschichtung durchlaufen die Bauteile die Prozessschritte Kommissionierung, Vormontage, Endmontage, Qualitäts- und Funktionsprüfung sowie Verpackung.

Von den Vorteilen einer fertigungsintegrierten Pulverbeschichtung kann man sich jetzt am Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb (IFF) der Universität Stuttgart in der so genannten »Lernfabrik« anschaulich überzeugen lassen: In die Prozesskette des wandlungsfähigen Montagesystems wurde eine Pulverbeschichtungszelle integriert, in der die automatisch zugeführten Bauteile im Montagetakt plasmagereinigt, pulverbeschichtet, mit IR-Strahlern wärmebehandelt und anschließend montiert werden.

Die Integration der konventionell getrennten Bereiche »Beschichtung« und »Montage« ist für viele Anlagenbetreiber eine attraktive Option bei Neu-, Erweiterungs- und Rationalisierungsplanungen. Entscheidende Vorteile der Rekonfiguration der Prozesskette sind die schnellere Reaktion auf Kundenwünsche, verkürzte Durchlaufzeiten und geringere Stückkosten.

Fachlicher Ansprechpartner
Dipl.-Ing. Ulrich Strohbeck | Telefon +49 711 970-1764 | ulrich.strohbeck@ipa.fraunhofer.de | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA