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Dürfen wir Ihre Applikation optimieren ?
JOT 1998/10 28 Fachartikel
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2-K-Dosieranlage für High-Solid-Lacke
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Eine Münchner Stahlbaufirma hat sich zur
Verarbeitung der schweren Korrosionsschutz-
Materialien eine neue Misch- und Dosieranlage
angeschafft, mit der der Durchsatz erheblich
gesteigert werden konnte.
Die lösemittelarmen High-Solid-Lacke werden
im Heißspritzverfahren appliziert.
Die Firma Maurer & Söhne ist
ein Anlagenbaubetrieb mit
langjähriger Tradition am Standort
München. Die Produktionsflächen
von 35000 m2 befinden sich im
Stadtgebiet am Frankfurter Ring
und sind deshalb sehr teuer. Der
Produktionsplatz ist damit beschränkt
und muß optimal für den
Fertigungsablauf genutzt werden.
Maurer & Söhne produziert im
klassischen Stahlbau Brücken und
Hallen, hat sich jedoch spezialisiert
auf Brückenverbindungen mit Dehnungsfugenausgleich
sowie Brükkenlager.
Hergestellt werden auch
120 Meter hohe Großschornsteine
mit einem Durchmesser von 4,5
Metern, wie sie beispielsweise in
Kraftwerken oder Verbrennungsanlagen
eingesetzt werden.
Weltweit sind die Produkte des
Münchner Stahlbauers auch auf
Jahrmärkten zu sehen: Riesenräder,
Vergnügungsanlagen mit Doppelloupings
oder der „Turm für den
freien Fall“ – hier fällt der Besucher
aus einer Höhe von mehr als 50
Metern und kommt trotzdem sicher
unter an.
Keine Frage, daß bei solchen
Volksfestanlagen wie auch bei allen
anderen Produkten des Unternehmens
in puncto Korrosionsschutz
keine Kompromisse gemacht werden
können.
Um einen hochwertigen
Korrosionsschutz zu erreichen
und trotzdem umweltfreundlich mit
lösemittelarmen Beschichtungsmaterialien
zu arbeiten, hat sich die Firma
Maurer Anfang letzten Jahres
entschlossen, ein 2K-Dosier- und
Mischanlagensystem in der neuen
Spritzhalle Nr. 12 im Werk München
zu installieren.
Die Spritzhalle Nr. 12 befindet
sich neben der Sandstrahlanlage und
hat eine Fläche von 850 m2. Hier
werden auf einer Fläche von 180 m2
Brückenlager beschichtet. An einem
zweiten Spritzplatz mit einer Grundfläche
von 670 m2 erfolgt die
Beschichtung von Großteilen, wie
beispielsweise Stahlkonstruktionen.
Die Spritzapplikation wird
im Airless-Spritzverfahren durchgeführt.
Für ein gutes Hallenklima
sorgt eine Be- und Entlüftunganlage
(Hallenvolumen 8600 m3). Die Luft
wird über ein Luftzufuhrsystem an
der Decke gleichmäßig in der Halle
und im gesamten Spritzbereich verteilt
und seitlich mittels Trockenfilter
abgesaugt.
Die Spritzhalle 12 eignet sich für
das kombinierte Spritzen und
Lufttrocknen im Temperaturbereich
bis 30 °C. Um die Halle optimal
auszulasten, sind kurze
Trockenzeiten sehr wichtig.
Die Beschichtung
vor der Umstellung
Die Firma Maurer führte im
ersten Halbjahr 1997 umfangreiche
Tests mit neuen Beschichtungsmaterialien
durch, die im Airless-Heißspritzverfahren
appliziert wurden,
um die bisherigen Beschichtungsergebnisse
zu verbessern. Lösemittelarme
Beschichtungsprodukte, angeliefert
in Kleingebinden und bestehend
aus Stammkomponente und
Härter, wurden entsprechend dem
Dosierverhältnis handuntermischt
und mit konventionellen 1K-Airlesspumpen
ohne Materialbewärmung
gespritzt.
Folgender Beschichtungsaufbau
lag zugrunde:
O). Schicht 1: 2K-Zinkstaub, 70
µm Trockenfilm
O) Schicht 2: 2K-Eisenglimmer
Deck 1, 160 µm
O) Schicht 3: 2K-Eisenglimmer
Deck 2, 160 µm
Die Naßfilmschichten von zirka
170 µm (Trockenschichtdicke: 390
µm) erforderten bei Raumtemperatur
Trocknungszeiten zwischen 8
und 12 Stunden. Erst danach konnten
die Teile gewendet werden, um
die zweite Seite ebenfalls zu spritzen.
Das Resultat war, daß der komplette
Beschichtungsprozeß teilweise
bis zu einer Woche dauerte.
Untersuchungen ergaben, daß
außerdem das Mischen und Reinien
der 1K-Airless-Spritzpumpen sehr
viel Zeit in Anspruch nahm; dazu
kamen die hohen Kosten für die
Entsorgung von angesetzten und
nicht verspritzten Beschichtungsstoffen
sowie erhebliche Mengen an
gebrauchten Reinigungsmitteln, die
entsorgt werden mußten.
Der Materiallieferant des Beschichtungsproduktes,
die Firma
Chemische Industrie Erlangen
GmbH, wurde daher beauftragt,
einen neuen Beschichtungsaufbau
zu entwickeln.
Anforderungen
an das neue
Beschichtungsmaterial
Die von der 1K-Farbspritzpumpe
handuntermischten Beschichtungsmaterialien
sollten in ihrer
Qualität wesentlich verbessert werden.
Der Anteil der Lösemittel sollte
aus Umweltgründen stark verringert
werden, so daß lösemittelarme Beschichtungsprodukte
mit einem hohen
Festkörperanteil verarbeitet
werden. Diese neuen Produkte sollten
maschinell von einer 2K-Dosieranlage
gefördert, dosiert, gemischt
und Airless gespritzt werden. Für
Zinkstaubgrund und Eisenglimmer
(Deck 1 und Deck 2) sollte eine Härtekomponente
rezeptiert werden.
Mit diesen neuen 2K-HS-Beschichtungsmaterialien
sollten durch
thixotrophe Einstellung in einem
Arbeitsgang auch hohe Schichtstärken
aufgespritzt werden können.
Anhand mehrerer Versuchsreihen
wurden die bestmöglichen Einstellungen
ermittelt, bei denen
Zinkstaubgrund (70 µm trocken)
und Eisenglimmer (Deck 1 und
Deck 2, jeweils 160 µm trocken) in
einem Arbeitsgang mit exakter
Durchtrocknung innerhalb weniger
Stunden für den 2. Arbeitsgang
geeignet sein sollten.
Diese neuen Produkte sollten
mit Liefercontainern von der Lackfabrik
Chemische Industrie Erlangen
zur Firma Maurer & Söhne
transportiert werden. Aufgrund des
hohen spezifischen Gewichtes des
Zinkstaubgrundes mußten zusätzlich
Spezial-Container beschafft
werden. Durch die Verwendung von
Liefercontainern kann auf Kleingebinde
(mit Restmengen und Entsorgungskosten)
verzichtet werden.
Die neuen Beschichtungsmaterialien
sollten im Heiß-Spritz-Verfahren
verarbeitet werden können
bei Betriebstemperaturen von 40 °C
an der Spritzdüse. Sowohl durch die
„innere Wärme“ des 2K-Produktes
als auch durch die Erwärmung
während der Spritzapplikation mittels
Materialdurchlauferhitzer und
aufgrund der kürzeren Trockenzeit
sollte es möglich sein, den nächsten
Beschichtungsgang innerhalb von
drei bis vier Stunden durchzuführen,
um ein Stahlteil in einem Arbeitstag
zweimal spritzen zu können.
2K-Dosieranlage
und Materialzuführung
Um diese neuen hoch viskosen
thixotrop eingestellten Beschichtungsmaterialien
zu verarbeiten,
mußte eine passende Anlagentechnik
bestehend aus einer 2K-Dosierund
Mischanlage, Pumpeneinrichtungen
für die Zuführung der Einzelkomponenten
und der erforderlichen
Rohrleitungen getestet und
eingerichtet werden. In der vorgesehenen
Spritzhalle 12
wurden deshalb folgende
Komponenten für
den Lagerbau installiert:
. eine Dosier- und
Mischanlage für die
zwei Farben Eisenglimmer
für den Spritzbereich
Großteile
. eine 2K-Dosier- und
Mischanlage für Zinkstaubgrund
und für die
nachfolgende Beschichtung
. eine 2K-Dosier- und
Mischanlage für zwei
Farben Eisenglimmer.
Die Beschichtungsprodukte
werden in 500-
Liter-Containern angeliefert
und mittels Befüllpumpen
in die 1000 l
Farbvorratsbehälter umgepumpt.
Die Farbbevorratung
ist in einem Farbraum
der nebenliegenden
Halle 11 eingerichtet, wobei im
Farbraum 1 wegen der erhöhten
Brandgefahr das Reinigungsmittel
und der Härter gelagert werden und
im Farbraum 2 die Stammkomponenten,
der Zinkstaubgrund und
Eisenglimmer Deck 1 und Deck 2.
Druckluftbetriebene Zuführpumpen
fördern diese Beschichtungsmaterialien
über Edelstahlrohrleitungen
mit einer Gesamtlänge
von 50 m zu den 2K-Dosier- und
Mischanlagen. Die 2K-Dosieranlagen
befinden sich im Brückenlager-
Beschichtungsbereiche unmittelbar
neben dem Spritzplatz; die 2KDosieranlagen
für die Beschichtung
der Großteile sind an der Stirnseite
der Halle untergebracht. Im Bereich
der Großteile werden die Einzelkomponenten
von der Dosieranlage
entsprechend ihrer Rezeptur 3,66:1
bei Zinkstaubgrund und 2:1 bei
Eisenglimmer Deck 1 / 2 nach Volumen
dosiert.
Die dosierten Einzelkomponenten
werden erneut über Rohrleitungen
von zirka 40 m Länge den
Mischstationen zugeführt, welche in
der Mitte an der Hallenwand aufgestellt
sind. Vor dem Eingang des
Mischers ist für jede Einzelkomponente
ein Farbdurchlauferhitzer eingerichtet,
der die Stammkomponente
auf 65 °C und die Härterkomponente
auf 55 °C erwärmt. Die
erwärmten und somit verflüssigten
Einzelkomponenten werden in dem
statischen Mischersystem „Kenics“
homogen vermischt und als warmes
2K-Beschichtungsmaterial mit 40 °C
Temperatur über ein Spritzschlauch
von 25 m im Airless-Spritzverfahren
versprüht.
Die Spritzapplikation im Airlessverfahren
erfolgt bei einem Druck
von 250 bis 300 bar unter Verwen-
Mit dieser 2K-Dosieranlage ist eine Dosierung
im Verhältnis 2:1 bis 5:1 möglich
32 JOT 1998/10
jeweils die richtige Materialzuführung
an der Dosierpumpe Komponente
A und die richtige Materialvorwahl
für die Farbspritzqualität
Deck 1 / Deck 2 am Mischer vorgenommen.
Kontrolle der 2K-Dosierund
Mischanlage
Die 2K-Dosier- und Mischanlage
ist mit einer Materialmangelabsicherung
ausgestattet; diese erkennt
sowohl bei der Dosierpumpe Komponente
A als auch bei Komponente
B, ob ordnungsgemäß gefördert und
dosiert wird. Fehldosierungen beispielsweise
durch Luftblasen, verschmutzte
Ventile oder gestörte
Materialzuführung werden von der
Materialmangelabsicherung erkannt.
Diese schaltet die Anlage nach
einem akustischen Vorwarnsignal
nach 15 Sekunden ab.
Die von den Dosierpumpen
geförderten und dosierten Einzelkomponenten
werden an jeder
Dosierpumpe angezeigt. An jeder
Dosierpumpe kann über die Dosierkontrolle
durch Ablaufen einer Testmenge
unter Betriebsdruck das
Volumen oder das Gewicht der
geförderten und dosierten Menge
manuell kontrolliert werden.
Pneumatische
Steuerung
und Überwachung
Im Arbeitsbereich der Befüllpumpen,
welche die Einzelkomponenten
vom Liefercontainer in den
Farbvorratsbehälter pumpen, kann
an einem Schaltschrank mit einer
pneumatischen Folgesteuerung die
angewählte Befüllpumpe für Härter,
Zinkstaubgrund oder Eisenglimmer
Deck vorgewählt und gestartet werden.
Die Pumpenanschlüsse an den
Liefercontainern sind unterschiedlich
groß, damit es keine Verwechslung
gibt.
Bei Erreichen des maximalen
Befüllstandes und Erkennung durch
das System erfolgt eine automatische
Abschaltung der Befüllpumpe.
Gleichzeitig melden ein optisches
und ein akustisches Signal, wenn die
Behälter voll sind. Während des
Befüllvorganges kann die Dosierund
Mischanlage weiterbetrieben
werden.
Der Befüllzustand der Farbbevorratung
(Niveau-Max, Niveau-
Min, Niveau-Stop) wird im Farbvorratsraum
sowie an einem Schaltschrank
in der Spritzhalle angezeigt
durch ein optisches Signal mit einem
akustischen Zusatzsignal. (Die Niveau-
Stop-Funktion für die Materialzufuhrpumpe
und die 2K-Dosieranlage
kann bei Notbetrieb über
einen Schlüsselschalter eingeschaltet
werden.)
Die Reinigungspumpe wird nur
während des Betriebes zugeschaltet.
Die 2K-Dosier- und Mischanlage
sowie die Hochdruckpumpe wurden
wegen der niedrigen Viskosität des
Reinigungsmittels mit speziellen
Packungspatronen und Ventilen ausgestattet.
Die an der Mischstation vorgeschalteten
Farbdurchlauferhitzer
werden automatisch nur bei Betrieb
der 2K-Dosieranlage eingeschaltet;
die Temperatur-Einstellwerte sind
fixiert und ermöglichen es, das gemischte
Material mit einer konstanten
Temperatur von zirka 35 °C an
der Spritzpistole zu versprühen.
Inbetriebnahme
der Anlage
Die Installation der vorgefertigten
und geprüften Baugruppen
erfolgte bei der Firma Maurer &
Söhne in zirka neun Wochen. Nach
Installation der Rohrleitung wurden
die Druckproben und Spülungen
mit einem passenden Reinigungsmittel
vorgenommen.
Das gesamte Pumpensystem, die
2K-Dosieranlage und Materialzuführung
der Einzel-Komponenten
sowie die Mischer und Spritzeinrichtung
wurden umfassend geprüft.
Erst danach erfolgte das Befüllen
mit den Einzelkomponenten. Nach
sorgfältigem Entlüften des gesamten
Materialkreislaufes wurden erste
Probespritzungen vorgenommen.
Die Ergebnisse wurden begutachtet
und im Labor auf ihre Korrosionsschutzeigenschaften
untersucht. Danach
erfolgte die Freigabe für die
Betriebsapplikation.
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Zusammenfassung
Die 2K-Dosier- und Mischanlage
mit der Materialbevorratung wurde
im Februar 1998 für den Betrieb freigegeben.
Bereits nach kurzer Betriebszeit
konnten die wesentlichen
Vorteile dieses neuen Anlagenkonzeptes
festgestellt werden.
Der Teile-Durchsatz in der
Spritzhalle konnte erwartungsgemäß
vervielfacht werden. Dies wurde vor
allem durch folgende Maßnahmen
erreicht:
. Die Trockenzeiten pro applizierter
Schicht konnten auf zirka drei
Stunden verkürzt werden. Dadurch
war es möglich
. ein Beschichtungsteil morgens
an der einen Seite zu spritzen, vormittags
die zweite Seite zu spritzen
und am Nachmittag die dritte Seite.
(Verkürzung der Durchlaufzeiten).
. Die Materialbelegung der Spritzhalle
und der Abtransport der beschichteten
Teile zum Versand kann
nun zügig erfolgen.
. kein Anmischen der Farbe und
Beförderung der angesetzten Farbe
per Hand (in den Spritzkannen zu
den Spritzpumpen) mehr.
Insgesamt ist die Spritzlackiererei
im Vergleich zu früher wesentlich
leistungsfähiger geworden und stellt
keineswegs mehr einen Engpaß
innerhalb der Produktion dar. Das
Bedienungspersonal hat sich überraschend
schnell mit dem Anlagenkonzept
vertraut gemacht.
Der Anfall an Kleingebinden mit
den Nebenarbeiten und das Verarbeiten
der Restmengen wurde größtenteils
reduziert. Außerdem gibt es
weniger Materialverluste aufgrund
von Geräteabstimmungen.
Insgesamt wurden aufgrund des
Einsatzes der lösemittelarmen High-
Solid-Materialien die Lösemittel-
Emissionen reduziert. Da Container
„von Haus zu Haus“ verwendet werden,
fällt auch weniger Abfall an.
Der Betreiber erwartet, daß sich die
Investition in die neue 2K-Dosierund
Mischanlage in zwei Jahren
amortisiert hat.
Der Autor: Otto Schiemann, MGV-Moest-
Spritzgeräte GmbH, Landsberg/Lech |
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