Beim Beschichten von Oberflächen stehen neben Prozessabläufen und Kosten auch die Emissionen und der Energieverbrauch unter Beobachtung. (Bild: Audi)
In den Produktionswerken der Automobilbranche verfolgen Coatingexperten seit jeher das Ziel, eine attraktive Optik der Fahrzeuge mit optimalem Schutz des Fahrzeugexterieurs kosteneffizient und umweltschonend in Einklang zu bringen. Wechselnde Trends im Materialmix von Karosseriebauteilen sowie der finalen Farbgebung der Außenhaut erfordern eine flexible Verfahrenstechnik hinsichtlich Anlagenverfügbarkeit in Verbindung mit einem optimierten Material- und Energieeinsatz.
Die Oberflächenbehandlung und das Lackieren von Karosserie und Komponenten sind nicht erst seit heute Top-Themen im Nachhaltigkeitsranking der OEMs und ihrer Zulieferer. Das Bekenntnis zur Zero Impact Factory ist keine Sonntagsrede, sondern steht in allen Gewerken der Automobilproduktion im Pflichtenheft der Werksleiter. Die Anforderungen an die Lackierverfahren erhalten zu den klassischen Aufgaben, wie hohe Qualität und beste Prozesszeiten, eine weitere To-Do-Liste: Schrittweises Absenken umweltrelevanter Kennwerte wie CO2-Emissionen, Energieeinsatz sowie Frischwasserverbrauch und Abluft bis zum Ersatz von organischen Lösemitteln.
Daher spielt im Tauziehen um vorzeigbare Umwelt- und CO2-Bilanzen neben der technischen Anlagenperformance ein reduzierter Energie- und Ressourcenverbrauch eine tonangebende Rolle. Produktionsplaner wissen: Rund ein Drittel des gesamten Energieverbrauchs in den Fertigungswerken geht auf das Konto der Lackiererei. Steigen die Energiepreise verteuert sich der Lackaufbau aus Grundierung, Füller, Basis- und Klarlack auch in einer hochautomatisierten Serienanlage.
Füller im Basislack enthalten
Das lässt sich an aktuellen Investitionsentscheidungen in Sachen Paint Shops ablesen. Premium-Hersteller wie die Münchner BMW Group ersetzen seit geraumer Zeit herkömmliche Beschichtungsverfahren durch einen so genannten Integrated Paint Process (IPP). Dabei übernimmt eine Basislackschicht sämtliche Funktionen und Eigenschaften der Füllergrundierung. Das Auftragen und Einbrennen des Füllers entfällt und spart eine Trocknungsphase je Karosse.
Weitere Maßnahmen sind am größten europäischen Produktionsstandort Dingolfing vorgesehen. So investiert der Hersteller 60 Millionen Euro in noch nachhaltigere Lackierprozesse. Das betrifft sowohl die Vorbehandlung als auch die kathodische Tauchlackierung (KTL), die Spritzkabinen und Trockner. Beispielsweise soll der Lack-Overspray in den Spritzkabinen nicht mehr mit Wasser entfernt werden, sondern über ein trockenes Verfahren auf Basis von Kalksteinmehl.
Die Lackiererei im BMW-Werk in Leipzig rüstet ebenfalls für die Zukunft. Erdgasbasierte Lacktrockner sollen durch eine neu entwickelte Brennertechnologie ersetzt werden, die auch mit Wasserstoff heizen kann. Der erste Hybridbrenner ist bereits im Pilotbetrieb im Einsatz. Laut Produktionsvorstand Milan Nedeljković will man den CO2-intensiven Einsatz des fossilen Energieträgers Erdgas im Serienbetrieb reduzieren und erklärt: „Dieser technologische Durchbruch unterstreicht unsere Innovationskraft und unseren Willen, die Nachhaltigkeit unserer Produktion kontinuierlich zu verbessern.“
Am selben Standort unterhält Porsche ein großes Produktionswerk für die Fertigung der Modelle Panamera und Macan. Lackreste aus den Spritzkabinen werden dort bereits mit Hilfe eines wasserlosen Abscheidesystems entsorgt. Bei der Energieversorgung hat sich der Autobauer etwas Besonderes einfallen lassen: Für Strom und Wärme sorgt ein neben dem Werk angesiedeltes Biomassekraftwerke, das nach eigenen Angaben rund 80 Prozent des Wärmebedarfs in der Lackiererei CO₂-neutral abdeckt. Die für den Korrosionsschutz wichtige kathodische Tauchlackierung ist bereits auf wasserbasierte Tauchlacke umgestellt worden.
Hochwertige Oberflächen mit weniger Farbe
Im Audi-Werk Ingolstadt nehmen die Coatingspezialisten die Schichtdicken der aufzutragenden Basis- und Klarlacke aufs Korn, frei nach dem Motto „weniger ist mehr". Nach der Umstellung der Füllergrundierung auf Dünnschichttechnologie reduzierte sich die Menge der aufgetragenen Grundierungs- und Füllerschicht von vormals durchschnittlich 1,5 Kilogramm auf 600 Gramm und bescherte der Lackiererei nicht nur Materialeinsparungen sondern auch eine niedrigere Einbrenndauer und damit einen signifikanten Umweltbeitrag: „Wir konnten im Schnitt 40 Prozent weniger Schichtdicken gegenüber der herkömmlichen Vorgehensweise bei gleicher Qualität erreichen“, unterstreicht Carsten Mohr, Leiter Lackiererei Audi Werk Ingolstadt.
Niedrigere Einbrenntemperaturen zum Trocknen von Klarlack treiben Lackexperten bei Audi schon seit ein paar Jahren um. Beispielsweise gelang zusammen mit dem Rohstoffhersteller Covestro die Entwicklung eines so genannten 2K-Niedrigtemperaturklarlacks, der vor allem Kunststoffanbauteile bei lediglich 85 Grad Celsius statt der standardmäßigen 140 Grad Celsius aushärtet.
Inwieweit Niedertemperatursysteme ohne Performance-Einschränkungen auch die Außenhaut einer ganzen Karosserie beschichten können, ist noch Gegenstand weiterer Entwicklungen. „Wir müssen neue Systeme auf Herz und Nieren prüfen, bevor sie in Serie gehen“, sagt Mohr. Bei Covestro heißt es, dass leichte Multimaterial-Karosserieteile zusammen mit geeigneten Grundierungen und Basislacken gleich nach der ersten Elektrotauchlackierung nur mehr eine Aushärtungstemperatur von 90 Grad Celsius benötigen.
Lackieren ohne Farbverluste
Eine erste Adresse beim Thema oversprayfreie Lackiersysteme ist der Anlagen- und Maschinenbauer Dürr. Der für schlüsselfertige Lackier- und Endmontageanlagen bekannte Hersteller hat sich Nachhaltigkeit auf die Fahnen geschrieben und nutzt seine Expertise, um das Öko-Rad weiterzudrehen. Das robotergestützte Lackiersystem EcoPaintJet ermöglicht das oversprayfreie Applizieren von zwei Farbtönen auf einer Lackierlinie. Der Vorteil liegt auf der Hand: So gut wie kein Lackabfall in der Spritzkabine und damit kein Auffang- und Entsorgungsaufwand für Farbpartikel aus dem unvermeidlichen Lacknebel.
Ein weiterer Pluspunkt von Two-Tone-Systemen: Das manuelle Maskieren von einfarbig lackierten Karosserien entfällt. Während in herkömmlichen Anlagen die Karossen bei Kontrastlackierungen mit unterschiedlichen Farben den gesamten Lackierprozess zweimal durchlaufen müssen, schaffen die Roboter mit Hilfe einer filigranen Düsenplatte den Auftrag der zweiten Farbe in einem Prozessschritt – ein Zugewinn an Zeit bei weniger Energieverbrauch.
Nachwachsende Rohstoffe ersetzen fossile Ressourcen
Einen kleineren CO2-Fußabdruck ihrer Produkte haben auch Lackhersteller im Visier. Sie suchen nach Rohstoffrezepturen, die mit weniger fossilen Bestandteilen oder schädlichen Lösemitteln auskommen. Covestro hat in diesem Jahr einen neuen Isocyanat-Klarlackhärter auf den Markt gebracht, dessen Kohlenstoffgehalt zu 70 Prozent aus Biomasse statt aus fossilen Brennstoffen stammt. Dadurch verringere sich nach eigenen Angaben der Kohlenstoff-Fußabdruck des Härters um etwa 30 Prozent gegenüber herkömmlichen Lösungen mit gleichem Applikationsverfahren, ohne dass die Leistung oder Qualität beeinträchtigt wird.
Der Unternehmensbereich Coatings des Chemiekonzerns BASF erweitert gerade seine Lackpalette um so genannte biomassenbilanzierte Automobillacke. Gemeint ist damit eine Lackrezeptur, die bereits bei der Herstellung von chemischen Grundprodukten auf erneuerbare Rohstoffe wie Bio-Naphtha oder Biomethan aus organischem Abfall oder Kläranlagen zurückgreift und in den Produktionsverbund einspeist. Der rechnerisch ermittelte Anteil an biobasierten Rohstoffen wird zertifiziert und ersetzt fossile Ressourcen, die bislang zum Einsatz kamen. Nach BASF-Angaben liegt das CO2-Einsparpotential bei bis zu 40 Prozent pro Lackschicht. Der geringere CO2-Fußabdruck ändert nichts an Formulierung und Leistung des Produkts, heißt es.
