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_____ In der Pulverbeschichtung ist die Erhöhung von Effizienz und Qualität ein Dauerthema. Bisher galt eine dekorative Beschichtung als gut, wenn keine sicht- baren optischen Mängel zu erkennen waren. Inzwischen stehen Aufwand und Kosten verstärkt im Blickpunkt. Der generelle Trend zu dünneren Schichten unterstützt diese Entwicklung. Auch das Auftragsprofil vieler Beschichtungsbe- triebe wandelte sich in letzter Zeit stark. Zunehmend neue, beziehungsweise ver- änderte Aufträge, kürzere Fristen für Auftragserteilung und Lieferung oder stark anwachsende Menge an Beschich- tungsdaten sind nur einige der neuen Herausforderungen. Durch weiterentwickelte Applikations- technik rückt das Problem der richtigen Einstellung der Anlagenparameter immer mehr in den Blickpunkt — und damit auch die Einstellhilfen für die Anlagen- betreiber. Dies gilt insbesondere für die Automatik-Pulverbeschichtung. Analy- sen zufolge liegt in der Anlagenführung das größte Effizienz-Potenzial, da in 95 Prozent Fehleinstellungen beziehungs- weise Einstell-Reserven vorliegen. Parameter individuell anpassen Speziell für die Automatik-Pulverbe- schichtung müssen die kinematischen Parameter, die Pulverwolken-Charakte- ristik (PWC) und die Pulvermengen-Ein- stellung in möglichst optimaler Weise auf die anstehende Beschichtungsaufga- be abgestimmt werden. Die Einstellvorgänge können in Wie- derhol-, Analog- und Neu-Einstellungen unterschieden werden (siehe Bild 1). Je nach Verteilung in den jeweiligen Ein- stell-Kategorien unterscheidet sich auch der Bedarf nach Inhalt und Art der Ein- stellhilfen, hinzu kommen betreiberspe- zifische Gegebenheiten. Wie bereits erwähnt, verschiebt sich gegenwärtig insbesondere bei Lohnbeschichtern der Schwerpunkt deutlich hin zu Analog- beziehungsweise Neu-Einstellungen. Im Folgenden sollen die möglichen Methoden zum Finden der richtigen Anla- gen-Einstellungen und die darauf aufbau- enden Einstellhilfen für den Anlagenbe- treiber einer Automatik-Beschichtung mit Hubgeräten genauer betrachtet werden. Mehr Effizienz bei Automatik-Beschichtungen Optimale Einstellwerte automatisch gewinnen Bild 1: Übersicht zum Einstellvorgang in Abhängigkeit vom Grad des Rückgriffs auf bekannte Einstellwerte Bei der Automatik-Pulverbeschichtung lässt sich in vielen Fällen durch Optimierung der Anlageneinstellungen die Wirtschaftlich- keit der Gesamtanlage erhöhen. Eine neue Methode zur Einstel- lung der Beschichtungsparameter ermöglicht im Vergleich zum konventionellen Einstellwert-Verfahren eine deutliche Steigerung der Anlagenleistung. 28 JOT 1.2010 pulverbeschichten

Optimale Einstellwerte automatisch gewinnen

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_____ In der Pulverbeschichtung ist die Erhöhung von Effizienz und Qualität ein Dauerthema. Bisher galt eine dekorative Beschichtung als gut, wenn keine sicht-baren optischen Mängel zu erkennen waren. Inzwischen stehen Aufwand und Kosten verstärkt im Blickpunkt. Der generelle Trend zu dünneren Schichten unterstützt diese Entwicklung. Auch das Auftragsprofil vieler Beschichtungsbe-triebe wandelte sich in letzter Zeit stark. Zunehmend neue, beziehungsweise ver-änderte Aufträge, kürzere Fristen für Auftragserteilung und Lieferung oder stark anwachsende Menge an Beschich-tungsdaten sind nur einige der neuen Herausforderungen.

Durch weiterentwickelte Applikations-technik rückt das Problem der richtigen Einstellung der Anlagenparameter immer mehr in den Blickpunkt — und damit auch die Einstellhilfen für die Anlagen-betreiber. Dies gilt insbesondere für die Automatik-Pulverbeschichtung. Analy-sen zufolge liegt in der Anlagenführung das größte Effizienz-Potenzial, da in 95 Prozent Fehleinstellungen beziehungs-weise Einstell-Reserven vorliegen.

Parameter individuell anpassenSpeziell für die Automatik-Pulverbe-schichtung müssen die kinematischen

Parameter, die Pulverwolken-Charakte-ristik (PWC) und die Pulvermengen-Ein-stellung in möglichst optimaler Weise auf die anstehende Beschichtungsaufga-be abgestimmt werden.

Die Einstellvorgänge können in Wie-derhol-, Analog- und Neu-Einstellungen

unterschieden werden (siehe Bild 1). Je nach Verteilung in den jeweiligen Ein-stell-Kategorien unterscheidet sich auch der Bedarf nach Inhalt und Art der Ein-stellhilfen, hinzu kommen betreiberspe-zifische Gegebenheiten. Wie bereits erwähnt, verschiebt sich gegenwärtig insbesondere bei Lohnbeschichtern der Schwerpunkt deutlich hin zu Analog- beziehungsweise Neu-Einstellungen.

Im Folgenden sollen die möglichen Methoden zum Finden der richtigen Anla-gen-Einstellungen und die darauf aufbau-enden Einstellhilfen für den Anlagenbe-treiber einer Automatik-Beschichtung mit Hubgeräten genauer betrachtet werden.

Mehr Effizienz bei Automatik-Beschichtungen

Optimale Einstellwerte automatisch gewinnen

Bild 1: Übersicht zum Einstellvorgang in Abhängigkeit vom Grad des Rückgriffs auf bekannte Einstellwerte

Bei der Automatik-Pulverbeschichtung lässt sich in vielen Fällen durch Optimierung der Anlageneinstellungen die Wirtschaftlich-keit der Gesamtanlage erhöhen. Eine neue Methode zur Einstel-lung der Beschichtungsparameter ermöglicht im Vergleich zum konventionellen Einstellwert-Verfahren eine deutliche Steigerung der Anlagenleistung.

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Das Einstellwert-VerfahrenAllgemein üblich und seit langem einge-führt: Das Ablegen von Einstellwerten im Geräte-Puffer (Einstellwert-Verfahren). Es ist oft ein integrierter Bestandteil der Prozessorganisation und Fertigung. Anlagenseitig wurde dieses Verfahren in den letzten Jahren verbessert: Vergröße-rung der Speicherkapazität, relative Adressierbarkeit mit freier Wahl der Adressierungsvariablen, automatische Set-Up-Funktionen, Zusammenfassen von Gerätedaten bis zu kompletten Anla-gedaten sowie die Einbeziehung von Pro-zesssteuerdaten gehören dazu.

Diese Verbesserungen lösen allerdings nicht das Kernproblem dieser Methode: Das Verfahren ist stark abhängig vom Anteil an Einstellwiederholungen und entfaltet seine volle Wirksamkeit nur für Wiederhol-Einstellungen. Die Wirksam-keit (Trefferquote) ist essentiell abhän-gig von der Anzahl der Puffereinträge und der Anwendungs-Äquivalenz zum Produktions-Profil des jeweiligen Betrei-bers.

Die übliche Praxis ist der Datenauf-bau aus eigenen Beschichtungsaufträ-gen. Hier treten Probleme bei Erweite-rung oder auch abrupter Änderung des

Teilespektrums auf, beispielsweise wenn bisher vorwiegend größere Serien als Zulieferer abgearbeitet wurden und jetzt typische Lohnbeschichteraufträge anstehen.

Oft unzureichende EinstellwerteSoll eine fertigungsnahe Organisations-form eingerichtet werden, ist zusätzlich eine geeignete Methode zur Umsetzung beziehungsweise Adressierung der Ein-stellwerte im Gerätepuffer (Liste von Einstellwerten) für eine beabsichtigte

Beschichtungsaufgabe erforderlich. Grund: Die Gerätepuffer verfügen über keine anwendungsbezogene Merkmal-speicherung, höchstens eine Erweite-rung des Adress-Feldes.

Die Gerätepuffer sind überwiegend als reine Parameterspeicher organisiert. Jeder Anlagenbetreiber muss sich so sein eigenes Speicher-System einrichten. Übliche Triviallösungen sind beispiels-weise die Adressierung unter dem Kun-dennamen oder eines Anwendungszwe-ckes. Nur bei High-End-PC-gestützten Applikationssystemen kann der Zusam-menhang zwischen unterschiedlichen Geräten hergestellt werden (Aufruf von Einstellwerten unter gemeinsamem Adress-Synonym).

Die Aktualität der gespeicherten Ein-stellwerte ist abhängig von der Identität der Beschichtungsaufgabe, der Beschich-tungsbedingungen sowie vom Pulver- beziehungsweise Anlageverhalten. Im Allgemeinen können diese Forderungen nicht eingehalten werden, so dass sich bei Trivial-Adressierungen oft Einstell-Gruppen für ein- und denselben Einsatz-zweck bilden - mit den damit verbunde-nen Schwierigkeiten der richtigen Aus-wahl. Je mehr Einstellwerte hinterlegt werden, um so schlechter handhabbar wird das Verfahren. Bei Trivial-Adressie-rung kann sich der Datenumfang so schnell vervielfachen.

Bild 2: Das Einstellwert-Verfahren, hier dargestellt als Konzept mit Datenbank-Lösung und speziell auf die Automatik-Beschichtung zugeschnittenen Klassifizierungs- beziehungsweise Suchhilfen

Die Vorteile des Generierungs-Verfahrens__ Augenblickliche automatische Bereitstellung der jeweils optimalen Einstellwerte.

Mit Verbesserung der Berechnungsmethodik auch Erhöhung der Berechnungs- Genauigkeit. Der Bezug kann frei zwischen einzelnen aktiven Geräten bis zur Gesamtanlage gewählt werden.

__ Prozessdaten sind die bestimmenden Ausgangswerte des Verfahrens. Das auf-wendige Speichern der Einstellwerte kann entfallen. Eine Neugenerierung lässt sich jederzeit aus den Prozessvorgaben vornehmen. Mit dem Prozessdaten-Input eignet sich das Verfahren ideal für gerätebezogene Front End-Systeme innerhalb von durchgängigen Prozessverarbeitungs-Konzepten.

__ Möglichkeit der Variantenuntersuchung ohne Inanspruchnahme der Anlage. Gespeicherte Einstellwerte können vor der Beschichtung auf Aktualität geprüft werden. Das spart unnötigen Mehraufwand.

__ Die Auswahl der geeigneten Einstellwert-Optimierungsstrategie wird dem Anlagen-personal weitgehend abgenommen. Das reduziert die Anforderungen an die Fähig-keiten bzw. die Qualifikation des Anlagenpersonals erheblich.

__ Das Verfahren ist grundsätzlich nicht an ein bestimmtes Funktionsniveau bzw. Ausstattung der Applikationstechnik gebunden. Für ältere Anlagen mit analoger Dosiertechnologie und geringer oder keiner Einstellwert-Puffermöglichkeit ist das Generierungs-Verfahren eine kostengünstige Möglichkeit zur spürbaren Erhöhung der Anlagen-Effizienz.

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Gängige Strategie zur Erhöhung der Trefferquote ist es, bewusst mit Ein-schränkungen bei den zulässigen Ein-stellwertbereichen zu arbeiten. Dabei weit verbreitet: Die Beschränkung wird auf bestimmte Fördergeschwindig-keiten, Hub- beziehungsweise Hubge-schwindigkeitseinstellungen, teilweise auch durch bestimmte Sprühkonfigura-tionen (Multi-Traversen-Applikationen mit ihren spezifischen Überlappungs-fall-Situationen) beziehungsweise tech-nologische Randbedingungen erzwun-gen. Mögliche Einsparpotenziale können

so oft nicht ausreichend erschlossen werden (Tabelle 2).

Datenbank nur Grundlage für KopieUm das Speicherproblem zu beheben, wäre für die Anlagenbetreiber die geräte-technische Bereitstellung einer Einstell-wert-Datenbank mit auf den Beschich-tungsbetrieb zugeschnittenen Werkzeu-gen eine Entlastung. Zudem könnte zur Erhöhung der Trefferquote der Datenin-halt mit fiktiven, möglicherweise in Zusammenarbeit mit dem Betreiber vor-bereiteten Einstell-Beispielen aufgefüllt

werden. Erfahrungen mit einem derar-tigen Testsystem bestätigen eine deut-liche Verbesserung hinsichtlich des Able-gens und Aufsuchens von Einstellwerten nach anwendungstechnischen Gesichts-punkten (Bild 2). Als Problem stellte sich dabei die Suche nach verständlichen und nutzbaren Klassifizierungsmerkmalen (Einstell-Bewertungen oder auch -Zuord-nungen) mit möglichst universeller Anwendbarkeit heraus. Diese sind not-wendig, um Überforderungen des Bedi-enpersonals zu vermeiden.

Aber auch eine Datenbank-Lösung kann das gravierendste Problem des Ein-stellwert-Verfahrens nicht lösen: Aus den gespeicherten Einstellwerten lassen sich keine verlässlichen Strategien zur Anpas-sung bei erkannten Analogiefällen ablei-ten. Am ehesten taugen die elektrosta-tischen Grundeinstellungen für eine Kopie. Im Allgemeinen wird versucht, die erforderlichen Anpassungen auf eine Pulvermengen-Verstellung zu reduzieren (Tabelle 1). Wegen der Abhängigkeit zu den Kinematik-Parametern und oft kom-plizierter Bilanzierung des resultierenden Pulvereintrages ist dies trotz „relativ

Tabelle 1: Die Analyse der Korrektur-Handlungen bei Ad-hoc-Einstellveränderungen

Pulver- Verbrauch zu hoch

Pulver- Umlaufmenge zu hoch

Hubgeschwindigkeits- bzw. Hubeinstellung nicht optimal

Schichtdicken- Einstellung nicht optimal

Schichtdicken- Toleranzen zu hoch

78% 43% 89% 63% 94%

KorrekturgrundKorrekturmaßnahmePulvermenge Elektrostatik Hubgeschwindigkeit Hub/Wendepunkte

Schichtdicke 100% 1% 4% 3%Teilebelegung 100% 3% 96% 100%

Tabelle 2: Eine Effizienz-Analyse von Ad-hoc-Einstellveränderungen

Typische Beispiele für Sprühraum-Konstellationen

Häufig in der Praxis vorkommende Sprühraum-Konstellationen sind:__ Sprühraum mit unterschiedlichen Beschichtungs-Anforde-

rungen (verbundene Flächenelemente) (Bild 3) oder __ sich gegenseitig beeinflussende Sprühräume (verbundene

beziehungsweise korrespondierende Sprühräume) (Bild 4).

Unter Sprühraum soll dabei der räumlich begrenzte Pulverein-trag für eine definierte Pulverquelle (eine oder mehrere Sprüh-pistolen) verstanden werden. Die Beschichtungseigenschaftenbeziehungsweise die Anforderungen an die Parameter-Einstel-lung werden auf die Target-Fläche abgebildet und als Flächenele-ment modelliert. Einstellungsseitig liegt für Sprühräume mit ver-bundenen Flächenelementen das Problem in der Gemeinsamkeit der Pulverquelle, für verbundene Sprühräume in der Bilanzierung des tatsächlichen Pulvereintrags. Normalhub-Beschichtung mit stark strukturiertem beziehungsweise unterschiedlichem Beschichtungsgut sind charakteristische Beispiele für Sprühräu-me mit verbundenen Flächenelementen. Gefragt ist hier eine Einstell-Strategie, die in genauer Kenntnis der Wirkmechanismen die möglichen Korrekturmaßnahmen abwägt und im Sinne geforderter Beschichtungszielstellung zueinander optimiert. Von verbundenen Sprühräumen kann

gesprochen werden, wenn ein messbarer Pulvereintrag von einem Sprühraum in einen anderen Sprühraum erfolgt. Der para-sitäre Pulvereintrag beeinflusst somit die Gesamtbilanz des betreffenden Sprühraumes.Korrekturen am Pulvereintrag für einen Sprühraum lassen sich nicht ohne Auswirkung auf andere Sprühräume vornehmen. Eine typische Konstellationen ist die Zwei-Seiten-Beschichtung von Kleinteilen. Hier hängen die Einstellungen für beide Beschich-tungs-Seiten unmittelbar voneinander ab, weshalb gerade bei der Kleinteil-Beschichtung oft große Reserven vorhanden sind. Analysen zufolge wird durchschnittlich 20 bis 30 % zu viel Pulver eingesetzt. Auch die Beschichtung von kubischem Beschich-tungsgut gehört in diese Kategorie.Die in letzter Zeit verstärkt eingesetzten Multi-Traversen-Sprüh-systeme erleichtern wegen der unabhängigen Steuerbarkeit der Pulverquellen zwar die Beschichtung von strukturiertem Beschichtungsgut. Problematisch ist hier das Übergangszonen-Problem bei Konstanzforderungen an die Schichtdicke für zusammenhängende Sprühräume. Neben der gezielten Steue-rung des Pulvereintrags ist die exakte geometrische Ausrichtung der Sprühräume durch entsprechende Ausformung der Pulver-wolken notwendig.

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ähnlicher Einsatzfälle“ häufig nicht aus-reichend zielführend (Tabelle 2).

Alternative Generierungs-VerfahrenAls Ersatz für das Einstellwert-Verfahren wird ein aktives Verfahren zur Einstell-Unterstützung des Bedieners benötigt. Das Einstellwert-Verfahren ist eine mehr oder minder komfortable Nachschlage-Einrichtung.

Die Alternative ist das Generierungs-Verfahren. Der Anspruch: die automa-tische Gewinnung der optimalen Einstell-werte für die Gesamtanlage aus Prozess-steuerdaten (Bild 5). Als Bezugspunkt dient (Beispiel in Bild 5) ein als Referenz-Beschichtungsfläche deklarierter Teile-

Flächenabschnitt, auf den die Prozess-steuerdaten projiziert werden.

Die auf dem Generierungs-Verfahren basierenden Einstellhilfen stellen prak-tisch eine neue Kategorie von für den Anwender nutzbarer Software dar (Bild 1). Ein Vertreter dieser neuen Software ist das Pulverbeschichtungsprogramm „OptimalHUB“. Diese Software hat ihre Praxistauglichkeit bereits bewiesen [1]. Ein Großteil der angeführten Analyse-Ergebnisse beziehungsweise ausgewie-senen Effizienz-Potenziale sind mittels „OptimalHUB“ gewonnen worden.

In der Praxis ist ein Schlüsselproblem des Generierungs-Verfahrens die rich-tige Auswahl der zutreffenden Flächen-

beschreibung. Diese muss zur Zeit immer noch der Bediener vornehmen. Um dies zu erleichtern, sind in der Soft-ware „OptimalHUB“ symbolische Zuord-nungshilfen integriert. Eine Fehlauswahl wird damit allerdings nicht vollständig verhindert. Seine vollen Vorteile wird das Generierungs-Verfahren bei Syste-men der nächsten Geräte-Generation, nämlich der mit automatischer Teile-Erkennung, ausspielen.

Die bisherigen Betrachtungen bezogen sich auf die Automatik-Beschichtung mit Hubgeräten. Das Generierungs-Verfah-ren mit dem erwähnten Lösungsansatz eignet sich prinzipiell aber auch für Applikationen mit frei programmier-baren Achsen, zum Beispiel für Be-schichtungsrobotern. Die grundsätz-lichen Problemstellungen sind identisch. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass in weitaus größerem Umfang der Bezug zum Raum-Koordinatensys-tem gehalten werden muss. In der Soft-ware „OptimalHUB“ sind Verarbeitungs-konzeption und Algorithmen dafür bereits vorbereitet.

Mehr BedienkomfortDie technische Weiterentwicklung der Applikationssysteme für die Automatik-Pulverbeschichtung soll den Betreiber beim Finden der Einstellwerte entlasten. Neben der Verbesserung der Leistungs-daten ist eine Erhöhung des Bedienkom-forts gefordert. Anwender sollen die gebotenen technischen Möglichkeiten voll ausschöpfen können. Dabei hat das Generierungs-Verfahren gegenüber dem Einstellwert-Verfahren die wesentlich höhere Leistungsfähigkeit und das grö-ßere Zukunftspotenzial. __|

Literatur[1] Peter Seiche: „Software statt Test-and-Try“ JOT, Heft 2.2008, S. 24 - 27

Bild 5: Generierungs-Verfahren nach der Referenzflächen-Methode

Bild 4: In verbundenen Sprühräumen kommt es zum Pulvereintrag von einem Sprühraum in den anderen

Bild 3: Flächenelemente mit unterschiedlichen Beschichtungseigen-schaften in gemein-samem Sprühraum

Der Autor: Peter Seiche, IBS Ingenieurbüro Peter Seiche,

Schönheide, Tel. 037755 55593, [email protected], ibs-seiche.com

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