Lackieren

Lackieren kann als das bedeutendste Verfahren zum Auftrag eines Überzugs an industriellen Produktionsgütern angesehen werden. Für den industriellen Einsatz wurden deshalb die unterschiedlichsten Lackierverfahren entwickelt. Mit weitgehend automatisierten Anlagen lassen sich auch Teile in hohen Stückzahlen durch Sprühen, Gießen, Walzen oder Tauchen schnell und gleichmäßig beschichten.

Zusammensetzung von Lacken

Anstrichstoffe und Lacke sind Mischungen aus Bindemitteln, Pigmenten, Lösungs- und Verdünnungsmitteln, Füllstoffen sowie Zusatzstoffen.

Bindemittel haben die Aufgabe, die Pigmentteilchen untereinander und mit dem zu lackierenden Untergrund zu verbinden.

Pigmente sind im Anwendungsmedium praktisch unlösliche, anorganische oder organische, bunte oder unbunte Farbmittel.

Löse- und Verdünnungsmittel (z. B. Benzin oder Terpentinöl) sind eine aus einer oder mehreren Komponenten bestehende Flüssigkeit, die das Bindemittel ohne chemische Umsetzung zu lösen vermag. Dadurch wird dem Lack die zum Verarbeiten erforderliche Viskosität gegeben.

Füllstoffe sind pulverförmige, im Anwendungsmedium praktisch unlösliche Substanzen, die zum Verändern des Volumens, zum Erzielen oder Verbessern technischer Aspekte und/oder Beeinflussen optischer Eigenschaften dienen.

Zusatzstoffe sind u. a. Weichmacher, Trocknungsstoffe, Härter, Netzmittel sowie Mattierungsstoffe. Weichmacher sind wichtige Bestandteile für Lacke, die nachträglich auf umzuformende Teile aufgebracht werden. Härter sind Bestandteile von kratzfesten Lacken.

Vorbehandlung der Werkstückoberflächen

Die Oberflächen der Werkstücke müssen vor einer organischen Beschichtung behandelt werden, um

  • eine gute Haftung der Lackschicht auf dem Untergrund
  • einen störungsfreien Beschichtungsprozess
  • eine gleichmäßige Ausbildung des Lackfilms
  • eine erhöhte Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen

zu gewährleisten. Bei den Vorbehandlungsverfahren unterscheidet man zwischen mechanischen und chemischen Verfahren.
Das mechanische Reinigen von Rost, Zunder, Schmutz, Ruß sowie korrosive Oberflächenveränderungen kann entweder von Hand, durch Handgeführte Maschinen (z. B. Schwingschleifer), festmontierte Schleifmaschinen oder durch Sandstrahlen geschehen.
Chemisch werden Stahloberflächen durch Beizen oder durch Phosphatieren gereinigt.

  • Als Beizmittel werden je nach Material und Verunreinigungen Säuren oder Laugen verwendet. Die Beizwirkung besteht darin, dass Oxidschichten (Rost und Zunder) durch Mineralsäuren aufgelöst werden.
  • Beim Phosphatieren werden die gut gereinigten, fettfreien Werkstücke der Einwirkung wässriger Lösungen von freier Phosphorsäure und sauren Zink-Phosphaten ausgesetzt. Dabei entstehen Konversionsschichten, die einen guten Haftgrund für die folgende Lackierung darstellen sowie korrosionshemmende Wirkung aufweisen.

Lackierverfahren

Beim Spritzen bzw. Sprühen werden Flüssigkeiten zerstäubt. Dies kann mit Hilfe verschiedener physikalischer Effekte erfolgen. In der Lackiertechnik werden zwei Zerstäubungsprinzipien, die Zerstäubung durch mechanische Kräfte (= Spritzverfahren) und die Zerstäubung durch elektrische Kräfte (= Sprühverfahren) eingesetzt.

Der Wirkungsgrad der verschiedenen Spritzverfahren differiert erheblich. Der vorbeigespritze oder abgelenkte Spritzstrahl wird als Overspray bezeichnet und kann durch erhebliche Lackverluste zu einer schlechten Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und zur Verschmutzung der Umwelt führen.
Für Hand- und Automatikspritzpistolen zum Lackieren werden viele verschiedene Düsenformen wie die Hohlkegel-Exzenterdüse, die Axial-Vollkegeldüse, die Helix-Hohlkegeldüse, die Bündeldüse, der pneumatische Zerstäuber mit Außenmischung oder der Überschall-Pneumatik-Zerstäuber mit Innenmischung angeboten. Zum Lackauftrag werden im Allgemeinen Zerstäuberdüsen eingesetzt, die die überstrichene Fläche voll ausfüllen. Ein Schnitt durch einen pneumatischen Zerstäuber zeigt, dass in ihm die Zerteilung des Lackes in Tropfen, wie auch der Weitertransport, durch an verschiedenen Positionen austretende Luftströme bewirkt wird. Man nennt Düsen, die mit Gas und Flüssigkeit arbeiten, Zweistoffdüsen.

Im Folgenden werden die gebräuchlichsten Lackierverfahren kurz vorgestellt und charakterisiert.

  • Niederdruckspritzen: Dieses Verfahren erfolgt mit speziellen Niederdruckspritzgeräten („elektr. Spritzpistolen“), die mit einem Spritzdruck von 0,2 – 0,5 bar arbeiten. Hierbei wird die Luft nicht wie beim Druckluftspritzen zusammengepresst, sondern von einem Rotationsgebläse, ohne Zwischenschalten eines Windkessels, sofort zur Pistole geführt. Allgemein wird das Verfahren dort angewendet, wo keine so großen Ansprüche an die Optik der Beschichtung gestellt werden. Es eignet sich zum Verarbeiten dünner oder stark verdünnter Lacke.
  • Beim Druckluftspritzen erfolgen die Verteilung und der Auftrag des Beschichtungsstoffes durch Druckluft (1 bis 5 bar), die frei von Wasser und Öl sein muss. Dazu dienen Spritzpistolen, in denen die Druckluft mit hoher Geschwindigkeit strömt. Mittels eines Düsensystems wird der Beschichtungsstoff angesaugt und in einem Sprühkegel zerstäubt, der den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden kann. Das Druckluftspritzen gestattet ziemlich hochviskose, pigmentreiche und lösemittelarme Beschichtungsstoffe zu verspritzen.
  • Höchstdruckspritzen (Airless-Spritzen): Bei diesem Verfahren wird der Beschichtungsstoff hydraulisch ohne Luftbeimengung unter einem Druck von etwa 100 bis 400 bar durch die Spritzdüse gedrückt. Erzeugt wird dieser hohe Druck von einer druckluft- oder elektrisch betriebenen Kolbenpumpe. Das Zerstäuben erfolgt beim Verlassen der Düse. Durch die rasche Expansion in Kombination mit dem Luftwiderstand und dem mechanischen Widerstand entstehen sehr kleine Tropfen. Der Strahl des Beschichtungsstoffes ist frei von Luft. Die der Pistole zugeführte Luft dient der Servosteuerung der Nadel oder zum Sauberblasen. Aufgrund der hohen Durchflussmengen eignet sich das Verfahren für große zusammenhängende Flächen.
  • Durch Heißspritzen lassen sich aufgrund der Viskositätserniedrigung des Lackes mit zunehmender Temperatur problemlos hochviskose, lösemittelarme Lacke verarbeiten. Dies kann durch Druckluftzerstäubung bzw. Airlesszerstäubung mit oder ohne Luftunterstützung erfolgen. Das Erwärmen des Materials auf ca. 55 bis 70° C erfolgt direkt im Becher der Pistole bzw. über Wärmetauscher mit Heißwasser- oder Heißlackumlaufsystem. Heißspritzen ermöglicht hohe Einzelschichtdicken und wird oft in Verbindung mit dem Hochdruckspritzen angewendet.
  • Elektrostatisches Spritzen: Zwischen Werkstück und Spritzpistole liegt eine Gleichspannung von 30 kV bis 50 kV an, die zum Ausbilden eines starken elektrischen Feldes führt. Sobald der Beschichtungsstoff die Pistolenmündung verlässt, wird er elektrisch aufgeladen und folgt wie magnetisch angezogen den Feldlinien. Da die Beschichtungsstoffteilchen gleichpolig geladen sind, stoßen sie sich im Flug ab, und es entsteht ein homogen versprühter Strahl. Ebenso gleichmäßig schlagen sich die Partikel auf der Oberfläche nieder. Auch Teilchen, die normalerweise vorbeifliegen würden, werden aufgrund der großen Anziehungskraft umgelenkt und zum Werkstück hin beschleunigt.
  • Beim Tauchlackieren werden die Werkstücke in den Lack eingetaucht und nachdem sie vollständig benetzt sind, wieder herausgezogen. Da die Werkstücke vollständig in den Lack getaucht werden, dürfen sie nicht aufschwimmen, d. h. sie müssen eine größere Dichte als der Lack aufweisen. Beim Eintauchen dürfen keine Luftblasen verbleiben, weil an diesen Stellen sonst kein Lack angenommen wird. Beim Austauchen darf kein Lack mit dem Werkstück ausgeschöpft werden, da größere Lackmengen nur ungenügend aushärten. Auch müssen die Werkstücke vollständig sauber sein! Tauchlackieren eignet sich beim Aufbringen von Grundier- oder Deckschichten mit niedrigen Anforderungen (z. B. bei landwirtschaftlichen Maschinen).
  • Gießen: Bei Gießmaschinen handelt es sich um große Tische, deren Fläche aus Rollen oder Förderbändern besteht, die den zu lackierenden Gegenstand mit variierbarer Geschwindigkeit durch den Lackvorgang transportieren. Der Lack wird dazu mit einer Förderpumpe aus einem Vorratsbehälter in den sogenannten Gießkopf gepumpt. Dies ist ein sich über die ganze Breite der Förderanlange erstreckendes Gefäß mit einem verstellbaren Spalt an der Unterseite durch den der Anstrichstoff in einem breiten kontinuierlichen Farbvorhang senkrecht nach unten bzw. auf das Werkstück läuft. Angewendet wird das Gießverfahren vor allem bei flachen oder gewölbten, sehr großen Gegenständen, die mit dem Walzverfahren nicht lackierbar sind.
  • Beim Walzen wird das Beschichtungsmaterial von rotierenden Gummiwalzen auf die Werkstückoberfläche übertragen. Über einen verstellbaren Spalt zwischen Auftragswalze und Dosierwalze lassen sich die gewünschten Lackauftragsmengen einstellen. Die Werkstückoberflächen können sowohl ein- als auch beidseitig beschichtet werden. Beim Gleichlaufwalzen bewegen sich Werkstück und Lackierwalzen in gleicher Richtung, beim Reservewalzen entgegengesetzt. Mit dem Walzen werden Metallbänder, Möbelteile, Bleche, Konservendosen und Eimer lackiert.