Lackhärtungsverfahren Lackierte Bauteile in Sekunden härten

Redakteur: Beate Christmann

Kaum ein Bauteil, das nicht lackiert wird. Je komplizierter die Form des Bauteils ist, desto aufwendiger war bisher die Lackaushärtung. Eine von Forschern entwickelte UV-Kugel soll künftig den Energie bedarf senken, die Umwelt schonen und die Taktzeiten verkürzen.

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Prototyp der neuen, durch Dreiecke einer Kugel angenäherten Lackhärtungsanlage: Zum Be- und Entladen kann der obere Teil der Pilotanlage aufgeklappt werden.
Prototyp der neuen, durch Dreiecke einer Kugel angenäherten Lackhärtungsanlage: Zum Be- und Entladen kann der obere Teil der Pilotanlage aufgeklappt werden.
(Bild: Fraunhofer-IPA/Rainer Bez)

Lack macht Bauteile in der Regel besser – entweder, weil er das optische Erscheinungsbild positiv verändert, er Schutz vor äußeren Einflüssen verleiht oder die Funktion der Oberfläche verändert. Aus diesem Grund sind heute wohl kaum noch Bauteile zu finden, die nicht aus bestimmten Gründen lackiert sind. Um den Lack auszuhärten, gibt es normalerweise zwei Möglichkeiten: Man kann ihn mit Wärme trocknen oder man bestrahlt ihn mit UV-Licht. Weil das Trocknen relativ lange dauert und viel Energie erfordert, ist die UV-Härtung meist die bevorzugte Methode. Jedoch stößt das Verfahren an seine Grenzen, wenn das Bauteil kompliziert geformt ist. Dann muss man die Lichtquelle oder das Werkstück mehrfach ausrichten und erreicht doch nicht alle Oberflächen gleichermaßen.

Oberfläche gleichmäßig bestrahlen

Wissenschaftler und Industriepartner haben nun im Rahmen des Forschungsprojekts UV-Kugel-Puls-Anlage zur 3D-Lackhärtung einen Weg gefunden, die UV-Aushärtung zu optimieren. Das Verfahren soll unkompliziert, schnell und energiesparend sein und beruht auf folgendem Prinzip: Strahlt man Licht im Innenraum einer Kugel aus, wird es durch die vielfachen Reflexionen an den Wänden nahezu ideal diffus. Diese Erkenntnis hat sich das Projektteam zunutze gemacht: Positioniert man ein Objekt in einer solchen Kugel, wird folglich auch dessen Oberfläche überall gleichmäßig bestrahlt, ohne dass Aufwände zur Anpassung an das Bauteil nötig wären.

Kugelform aus 20 Dreiecken

Für den Prototypen ihrer neuen Anlage konstruierten die Wissenschaftler keine exakte Kugel, die schwierig herzustellen wäre, sondern eine angenäherte Kugelform aus 20 ebenen Dreiecken. Die Innenoberfläche besteht aus Teflon, das mehr als 80 % der Strahlung reflektiert, schmutzabweisend und UV-beständig ist. Als UV-Lichtquellen dienen Hochleistungs-LED-Strahler mit geringen mechanischen Baumaßen, die wenig Energie verbrauchen, kurze Anlaufzeiten haben, schnell schaltbar sind und lange halten. Auch ein neuer Lack wurde genutzt. Jedoch sollen sich auch herkömmliche Lacke verwenden lassen.

„Wir positionierten mehrere lackierte 3D-Bauteile im Innern der UV-Kugel. Nach wenigen Sekunden UV-Puls war die Lackschicht perfekt gleichmäßig ausgehärtet. Und das sogar bei kompliziert geformten Bauteilen, bei Hinterschneidungen und Bohrungen. Weder UV-Strahler noch Bauteile mussten dazu bewegt oder verstellt werden. Und auch die Größe und Geometrie der Bauteile waren nebensächlich“, erklärt Rainer Röck, der Erfinder und Patentinhaber der UV-Kugel.

Verkürzte Taktzeiten und weniger Energieverbrauch

Die Entwickler sind sich sicher: Die verkürzten Härtungszeiten ermöglichen kurze Taktzeiten und der Energieverbrauch reduziert sich auf etwa 1/20 gegenüber dem thermischen Trocknungsverfahren. Da die Lacke keine oder kaum Lösemittel enthalten, müsse die Abluft nicht abgesaugt werden. Zudem benötige die Anlage weniger Produktionsfläche als herkömmliche Vorrichtungen. Sie ist nach Angaben des Projektteams skalierbar und lässt sich in beliebiger Größe herstellen. Auch sei sie in bestehende Anlagen integrierbar. „Als Anwender überzeugt mich, dass ohne Programmieraufwand Teile beliebiger Struktur schnell getrocknet werden und der Teilewechsel seinen Schrecken verliert“, äußert sich Hartmut Jundt, Leiter der Abteilung funktionelle Beschichtungen bei Ritzi Lackiertechnik.

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