Dichtstrom Technologie und Roboterpräzision

Eloxieren, kathodische Tauchlackierung oder Pulverbeschichtung, seit der Gründung im Jahr 2006, WELCO GmbH& Co.KG in Deutschland hat sich ganz der „Oberflächenveredelung in Designqualität“ verschrieben. Namhafte deutsche Automobil- und Motorradhersteller zählen zu den zufriedenen Kunden.

Die Ansprüche dieser Kunden sind hoch, nicht nur hinsichtlich Qualität und Optik der veredelten Oberfläche, sondern auch hinsichtlich „weicher Faktoren“ wie Liefertreue, Zuverlässigkeit, Flexibilität und Wirtschaftlichkeit. „Wir sind viel mehr als eine verlängerte Werkbank für unsere Kunden“, beschreibt WELCO-Geschäftsführer Richard Nuber die Beziehung zu seinen Kunden.

„Wir werden regelmäßig frühzeitig in die Produktionsplanung eingebunden, entwickeln individuelle Lösungen und setzen diese dann um. Dabei stehen weniger bahnbrechende Innovationen im Vordergrund, als vielmehr gezielte Optimierungsschritte entlang der Prozesskette, die sowohl technische als auch wirtschaftliche Verbesserungen der Bauteile und ihrer Herstellungsverfahren zur Folge haben.“

Der Erfolg solcher Bemühungen lässt sich dann auch im eigenen Werk nachweisen. Der vielseitige Zulieferer ist QM-zertifiziert nach der höchsten europäischen Leistungsklasse ISO/TS 16949:2016 und bietet mechanische, chemische und Klimawechselprüfungen an, die für internationale Fahrzeug Baugewerbe wichtig sind.

Bei der Pulverbeschichtung setzte WELCO bis 2015 auf Handarbeit und Venturi-Technologie. „Eine ordentliche Beschichtungsqualität zu erreichen, war in jeder Hinsicht hoch“, erinnert sich Herr Nuber. „Wir haben auf Abfall gesprüht und für die Beschichtung komplexer Werkstücke zwei Minuten und mehr benötigt. Rund 13 % der Teile mussten noch nachbearbeitet werden.“ Auch danach schwankten die Schichtdicken von Beschichter zu Beschichter stark. Es fielen hohe Kosten für Systemwartung, Verschleißteile, Reparaturen und Maschinenstillstandszeit an.

„Es war Transpatente, dass nur ein automatisierter Pulverbeschichtungsprozess die Qualität optimieren und den Aufwand auf ein akzeptables Maß reduzieren konnte. Drei Ziele waren uns wichtig: Eine hohe Qualität der Pulverbeschichtung, das automatische Verschleiß- und Ersatzteilhandling sowie die Wirtschaftlichkeit“, so Nuber weiter. Nach Recherchen wurde Herr Nuber auf den Nordson Dichtstrom Technologie aufmerksam. Um diese Technologie für die eigenen Applikation Test zu nutzen, nahm das WELCO-Team gerne das Angebot des Dense-Phase-Pioniers Nordson an, erste Tests in deren Test-Labor in Erkrath durchzuführen.

„Wir haben unsere Teile mit den Encore® HD Handbeschichtungs-Pulverpistolen getestet und die Applikation selbst hat uns sofort überzeugt, dass ein vollständig und sicher zu beherrschender Prozess mit kaum Overspray bei hoher Eindringtiefe des Pulvers erfolgt. Allerdings reichten die herkömmlichen Hubgeräte für unsere komplexen Flexible Teile nicht aus. Für einen hohen Automatisierungsgrad mussten wir an Roboter denken." Automobilindustrie und Motorrad-Exterieurs sind über einen langen Zeitraum extremen Bedingungen durch Hitze, Kälte, Feuchtigkeit, Steinschlag, Streusalz, UV-Strahlung und vielem mehr ausgesetzt.

Gleichzeitig stellt keine andere Branche so hohe Anforderungen an Optik und Haptik von Oberflächen wie die Automobil- und Motorradhersteller. Hinter den optisch ansprechenden Blech- und Kunststoffteilen verbergen sich komplexe Formen. Der Oberflächenveredler WELCO, Deutschland, setzt nach vielen Jahren manueller Pulverbeschichtung seit 2016 auf die innovative Kombination der Roboterbeschichtung mit Dichtstrom Technologie.

„Das war auch für uns eine spannende neue Aufgabe“, sagt Jörg Zimmerhackel, Projektleiter der WELCO-Anlage (Geschäftsführer der CS Oberflächentechnik und süddeutscher Repräsentant von Nordson). „Wir haben uns bereit erklärt, eine komplett individuelle Lösung für WELCO zu entwickeln und haben den Zuschlag erhalten.“ Schon die Konfiguration der ColorMax® Schnellfarbwechselkabine erwies sich als schwierige Aufgabe. „Die zur Verfügung stehende Fläche für den Stand betrug nur 20 qm.

Es musste genügend Platz für die beiden Roboter und ihre Bewegungen vorhanden sein. Die Höhe von 2,50 m ohne Unterkonstruktion durfte nicht überschritten werden“, beschreibt Herr Zimmerhackel die Herausforderungen der Planungs- und Baugewerbe-Phase. „Außerdem mussten weitere Öffnungen in der Kabine für die Zugänglichkeit der Roboter vorgesehen werden. Dadurch war es schwierig, einen sanften, gleichmäßigen Luftstrom in der Kabine zu erzeugen, aber wir konnten erfolgreich eine Lösung bauen.“

Der Messestand wurde nach den Vorgaben des Kunden Technische Daten gestaltet und die Abmessungen an den Roboterhersteller übermittelt, der die Beweglichkeit der beiden kompakten, versetzt angeordneten 7-Achs-Roboter ausgiebig simulierte. Erst danach begann das Baugewerbe der Pulverbeschichtungskabine. „Auf diese Weise kundenspezifisch modifizierte ColorMax-Kabinen erhalten den Zusatz „E“ für Engineered“, erklärt Zimmerhackel. „Diese ist für Teile bis zu einer Größe von 1.200 x 600 x 600 mm ausgelegt und mit Standardkomponenten vom ColorMax3-Stand bestückt.“

Der Boden und die Seitenwände der Kabine wurden aus pulverabweisend beschichteten Platten hergestellt, und der leichte Overspray am Boden wird direkt durch das AirWash-System entfernt. Jeder der beiden Roboter ist mit einem Encore HD Automatik-Pistole für das Pulver Applikation selbst ausgestattet. Die Roboter werden schnell und einfach in einem Punkt-zu-Punkt-Prozess programmiert.

Seit fast vier Jahren beschichtet die vollautomatische Anlage bei WELCO Aluminium-, Stahl- und Magnesiumbauteile hochpräzise und zuverlässig im Dreischichtbetrieb. „Das Zusammenspiel von Robotertechnik und Dichtstrom Technologie hat sich mit einer 100% Prozesskontrolle bewährt.“ "Die erwartete Qualitätsverbesserung ist in allen Aspekten erreicht worden."

Der Beschichtungsspezialist führt dies auf den gleichmäßigen und gleichmäßigen Pulverauftrag auf unregelmäßig geformten Teilen zurück. Dies wird durch die weiche Pulverwolke erreicht, die mit geringer Geschwindigkeit und auf kurze Distanz aus der Pulverpistole austritt. Weniger Overspray erzeugt eine hohe Eindringtiefe des Pulvers. Genau so hat Nordson seine Dichtstrom Technologie mit HDLV-Pumpen im Encore HD-Sprühsystem entwickelt .

„Tatsächlich wird das extrem präzise Applikation des Dichtstrom Technologie durch die präzise steuerbaren Roboter und mit maximaler Wiederholgenauigkeit weiter verbessert. Grundlage dafür ist die Vielzahl von sowohl von der Beschichtungsanlage als auch von den Robotern erfassten Daten, die in den Rezepten hinterlegt sind. Das macht den gesamten Produktionsprozess sowohl sehr zuverlässig als auch Flexible und führt zu gleichmäßigen Beschichtungen und sichtbaren Qualitätsvorteilen“, ergänzt Herr Zimmerhackel.

Auch die Effektivität und Effizienz des Beschichtungsprozesses ist deutlich gestiegen und lässt sich in konkrete Zahlen ausdrücken: „Statt über zwei Minuten mit der alten Technik beschichten wir unsere Werkstücke jetzt im Schnitt in etwa einer Minute. Gleichzeitig ist die Nacharbeitsquote auf 5 % gesunken. Wir sparen durch konsequente Rückgewinnung rund 25 % bis 35 % des Pulvers ein, bei einem Verbrauch von rund 40 Tonnen pro Jahr also etwa 10 Tonnen“, so Richard Nuber weiter.

„Dadurch konnten wir unsere Produktionsleistung verdoppeln und den Umsatz deutlich steigern!“ Der Zeitaufwand für einen Farbwechsel hat sich auf deutlich unter 15 Minuten eingependelt. Da der komplexe Farbwechselprozess nun weitgehend automatisiert ist, kann in jeder Schicht ein Bediener eingespart werden. „Aber es war nie unser Ziel, Arbeitsplätze mit der neuen Technologie zu rationalisieren.

Wir haben unsere Mitarbeiter bereits sehr früh in der Planungsphase beraten und in den Veränderungsprozess eingebunden. Dadurch waren die Mitarbeiter hochmotiviert und konzentrierten sich auf ihre neuen Aufgaben“, sagt Nuber. Abschließend erwähnt Richard Nuber mit einem Schmunzeln: „Neben der Kostenersparnis und wegen der absoluten Prozesskontrolle macht mir die Nordson Dichtstrom Technologie mit ihrer sehr gleichmäßigen Beschichtungsqualität von Anfang an große Freude.

Kürzlich erhielt ich eine weitere Anfrage für eine Musterbeschichtung von einer sehr bekannten[1]bekannten und hochwertigen Automobilindustrie-Gruppe. Ich konnte einfach nicht anders. Ich habe mich darauf gefreut, dieses Muster wieder selbst mit unserer manuellen Anlage Nordson Encore® HD zu beschichten und dem Kunden ein hervorragendes, sehr konstantes Ergebnis präsentieren zu können, das auch von der Qualität sehr begeistert war.“