Die Digitalisierung der Lackieranlage nimmt Fahrt auf

Schwarzer Peter, nicht das Gelbe vom Ei oder rotes Tuch – die farbenfrohen Sprachbilder rund um die Lackiererei in der Automobilindustrie sind vielfältig und hatten lange Zeit einen wahren Kern: In Sachen Nachhaltigkeit waren die Farbstraßen der Industrie in der Vergangenheit nur selten vorbildlich. Doch im Zuge der umfassenden Vernetzung der Produktion rücken die Lackieranlagen der Autobauer immer mehr in den Fokus. „Denn rund 43 Prozent der aus dem Energiebedarf resultierenden CO2-Emissionen in der Automobilproduktion entstehen hier", erklärt Hanjo Hermann, Manager Corporate Sustainability beim Anlagenhersteller Dürr, gegenüber unserem Schwestermagazin Produktion.

Beispielhaft rechnet Hermann vor, dass bei einer Produktion von 400.000 Fahrzeugen im Jahr eine solche Lackieranlage 220.000 Megawattstunden Energie pro Jahr verbraucht, was 15.000 Haushalten in Deutschland entspricht. Hinzu kommen 130.000 Kubikmeter Wasser sowie 60.000 Tonnen CO2-Emissionen. „Da liegt es auf der Hand, dass wir als Maschinen- und Anlagenbauer eine klare Mission haben, nämlich genau diese Emissionen und Verbräuche zu reduzieren", verdeutlicht er.

Der Stuttgarter Maschinenhersteller will der Autobranche auch in Zukunft individuell zugeschnittene, skalierbare Lösungen bieten. Dabei spiele die Digitalisierung freilich eine Rolle, heißt es. Diese sei aber nicht zwingend auf bereits bestehende Dürr-Anlagen ausgelegt, sondern auch mit anderen Lösungen kompatibel. „Flexibilität, Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit sind die wichtigsten Anforderungen, die Hersteller heute an den Lackierprozess stellen", sagt Dürr-CEO Jochen Weyrauch mit Blick auf die Kundenwünsche.

BMW pilotiert KI-Lösung in Lackiererei

Diesen Dreiklang vernimmt man auch 233 Kilometer südöstlich bei BMW in München. Denn trotz modernster Filtertechnik schwankt der Anteil von feinsten Staubkörnern in Lackierstraßen, in Abhängigkeit der angesaugten Umgebungsluft. Liegt die Staubbelastung über dem Grenzwert, könnte der noch feuchte Lack Partikel einschließen und so die lackierte Oberfläche optisch beeinträchtigen. Das sei sowohl ineffizient und schade der Farbqualität der Neufahrzeuge.

Spezialisten für künstliche Intelligenz aus der Planungsabteilung und des Werkes München haben einen Weg gefunden, diese Situation zu vermeiden. Jede frisch lackierte Karosserie passiert in der Lackiererei eine automatische Oberflächeninspektion. Die Daten aus dieser Kontrolle dienen als Grundlage für den Aufbau einer umfassenden Datenbank zur Staubpartikelanalyse. Um Live-Daten aus Staubpartikelsensoren in den Lackkabinen und Trocknern mit der Datenbank abzugleichen, setzen die Spezialisten nun KI-Algorithmen ein.

„Datenbasierte Lösungen helfen uns, die hohen Qualitätsanforderungen im Sinne unserer Kunden zu sichern und weiter auszubauen. Smart Data Analytics und KI geben unseren Mitarbeitern wichtige Entscheidungshilfen für Prozessverbesserungen an die Hand“, so Albin Dirndorfer, Leiter Lackierte Karosserie, Finish und Oberfläche bei der BMW Group.

Zwei Praxisbeispiele unterstreichen den Nutzen der Anwendung: Sollten durch die Jahreszeit bedingt oder bei länger anhaltender Trockenheit die Staubwerte ansteigen, erkennt der Algorithmus diesen Trend rechtzeitig und errechnet beispielsweise einen früheren Zeitpunkt für den Filterwechsel. In Kombination mit weiteren Analysetools lassen sich zusätzliche Muster erkennen. Ein anderes Analyseergebnis könnte sein, dass die Anlage, die die Karosserien mit Straußenfedern von Staubpartikeln befreit, feinjustiert werden muss.

Die KI-Experten beim Münchener Premiumhersteller sehen in der Staubpartikelanalyse großes Potenzial. Gespeist durch Informationen verschiedener Sensoren und Daten aus der Oberflächen-Inspektion überwacht der Algorithmus über 160 Merkmale der Karosserie und kann die Qualität des Lackauftrags mit großer Genauigkeit vorhersagen. Voraussetzung für einen späteren Serieneinsatz der KI ist eine noch breitere Datenbasis für den Algorithmus, für die insbesondere zusätzliche Messpunkte und noch präzisere Sensordaten bei der Reinigung der Karosserien benötigt werden.

Skoda investiert in umweltfreundliche Lackieranlage

Seit 2019 ist beim tschechischen Autobauer Skoda am Stammsitz in Mladá Boleslav eine effizientere Lackieranlage in Betrieb. Hier erhalten bis zu 168.000 Karosserien pro Jahr ihren Farbauftrag, wodurch die gesamte Lackierkapazität des Werks auf jährlich 812.000 Einheiten gestiegen ist. Dafür hat die VW-Tochter insgesamt 214,5 Millionen Euro investiert und mehr als 650 neue Arbeitsplätze geschaffen. Die Anlage gehöre damit laut Unternehmensangaben zu den modernsten und umweltfreundlichsten ihrer Art in Europa.

Zu den innovativen Lackiertechniken zählt beispielsweise das vollautonome Transportsystem für die einzelnen Karosserien während der Vorbehandlung und Grundierung. Das Fördersystem erlaubt es, die Prozessparameter für jedes Fahrzeug individuell zu wählen. In herkömmlichen Lackierstraßen können wegen des Transports der Karosserien an Kettenförderbändern in der Regel keine maßgeschneiderten Einstellungen vorgenommen werden. Sämtliche Daten des Produktionsprozesses werden zudem elektronisch mit der Identität des jeweiligen Fahrzeugs abgeglichen und per Datenfunk an die individuellen Arbeitsstationen weitergegeben, die auf dieser Basis die jeweils passenden Materialien anwenden.

Neue Technologien zahlen auf Nachhaltigkeit ein

Bei der Auswahl der gesamten technischen Ausstattung legte der OEM besonderen Wert auf einen geringen Energieverbrauch. Ein Beispiel ist die Trocknungstechnologie: Um beim Einbrennen der verschiedenen Lackschichten die Temperaturunterschiede zwischen massiven, hochfesten Karosseriekomponenten und leichten Blechen auszugleichen, blasen zentrale Wärmetauscher heiße Luft in bestimmte Bereiche. Auf diese Weise reduziert Skoda den Energieaufwand beim Trocknen der Lackschichten um bis zu 20 Prozent.

Genau wie in bisherigen Lackierstraßen verwendet Skoda in der neuen Anlage bis auf die abschließende Klarlackschicht ausschließlich wasserlösliche Beschichtungen. In der neuen Lackiererei besteht diese oberste Schicht allerdings zu 55 Prozent aus Feststoffen. Durch diese Zusammensetzung sind pro Fahrzeug rund 210 Gramm weniger Lösemittel erforderlich und die benötigte Klarlackmenge sinkt um 17 Prozent auf zwei Kilogramm pro Fahrzeug.

Porsche modernisiert Lackieranlage für den Taycan

Auch bei Porsche in Leipzig rückt die Lackieranlage in den Modernisierungsfokus. Das sächsische Werk produziert heute die Modelle Panamera und Macan (Produktionsstart der elektrischen Macan-Variante ist für 2023 geplant) mit einer Jahresproduktion von mehr als 100.000 Fahrzeugen. Henning Steinborn, Leiter der Fertigung Karosseriebau Macan im Porsche-Werk Leipzig, erzählt, dass die aktuelle Lackieranlage vor acht Jahren zeitgleich mit dem Produktionsstart des Macan installiert wurde.

Teil dieser Anlage ist ein EcoDry-Scrubber, mit dem der Lacknebel aus der in der Lackieranlage zirkulierenden Umgebungsluft beseitigt wird. Der Eco- DryScrubber enthält Kalksteinmehl, um die zirkulierende Luft zu filtern und den Lacknebel aufzufangen. Sobald der Sättigungspunkt des Kalksteins erreicht ist, wird er in anderen Anwendungen wiederverwendet, um den Abfall möglichst zu minimieren. „Dieses System war vor acht Jahren der neueste Stand der Technik, es erfüllt jedoch immer noch unsere Anforderungen und ist nach wie vor ein sehr gutes System“, sagt Steinborn.

Er berichtet von einer unlängst durchgeführten Modernisierung, die sich als vorteilhaft erwiesen habe: „Im letzten Sommer haben wir in unserer Lackieranlage direkt vor der Endkontrollstation ein automatisches Fehlererkennungssystem eingeführt – ein praktisches Beispiel für innovative Digitalisierung, die hervorragend funktioniert.“