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Automatische Prozesskontrolle für die Pulverlackierung

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Das Team des Forschungsinstituts für digitale Bau- und Holzwirtschaft IdBH der Berner Fachhochschule BFH arbeitet an der Implementierung und Evaluation einer für die Pulverbeschichtung revolutionären Technologie mit: der Messung der Schichtdicke von nicht ausgehärtetem Pulverlack. Damit ist erstmals die geregelte Automatisierung des Beschichtungsprozesses möglich.

Die Pulverbeschichtung von MDF-Platten (mitteldichte Holzfaserplatte) und von anderen Materialien ist eine Technologie, die aufgrund von Erfahrungswissen und Intuition der Bediener gesteuert wird. Bislang war im pulverförmigen, nicht geschmolzenen und nicht ausgehärteten Zustand nach der Applikation des Pulvers keine Messung der Schicht möglich. Messwerte erhielt man erst nach Abschluss des Prozesses, nach vielen Minuten und einzig durch Messverfahren, die das Bauteil oder zumindest die Oberfläche beschädigten. Damit war eine Prozesskontrolle erschwert und eine Prozessregelung unmöglich. Das Schweizer Unternehmen Winterthur Instruments AG konnte für diese Aufgabenstellung erstmals ein neues, berührungsloses Messverfahren entwickeln und testen– dies mit tatkräftiger Unterstützung eines BFH-Forschungsteams. Die Messung der Pulverschichtdicke wird mit einem patentierten Infrarot-Emissionsverfahren (Advanced Thermal Optics, kurz ATO) realisiert, dabei wird das IR-Emissions-Zeit-Verhalten der Oberfläche als Antwort auf einen Infrarotblitz ausgewertet. Dies ermöglicht das sehr schnelle und berührungslose Messen der Schichtdicke, erfordert aber eine Kalibrierung für den jeweiligen Substrataufbau. An der Evaluation des Messgeräts und der Implementierung in holzverarbeitenden Unternehmen sind die Wissenschaftler der BFH beteiligt.

Der Coatmaster Atline für stationäre, nicht berührende Messung und der Coatmaster Flex für die flexible manuelle und kabellose Schichtdickenmessung.
(Quelle: Winterthur Instruments AG)

So haben die Forschenden, auch mithilfe von Studierendenarbeiten, die Geräte hinsichtlich der Handhabung und der Eignung auf dem anisotropen Substrat MDF untersucht. Die Hinweise für eine zuverlässige und schnelle Handhabung wurden in der nächsten Geräteversion bereits berücksichtigt.
Das unmittelbare Messen der Schichtdicke nach der Applikation ermöglicht eine Prozesskontrolle. Damit können alle Werkstücke gemessen und eine Qualitätssicherung implementiert werden.
Daneben wird eine schnelle Prozessregelung möglich, die Schichtdicke kann bereits Sekunden nach der Applikation an das Beschichtungsgerät zurückgegeben werden. Dieses stellt umgehend die optimale Schichtdicke ein. Vor dem Einsatz des Coatmasters lag die Zeit zwischen der Applikation und der Schichtdickenmessung im Bereich von Minuten, meist gar bei über einer halben Stunde. Mit der schnellen Regelung kann eine grosse Menge an Pulver eingespart und die Qualität gesteigert werden.
Bei der Beschichtung von MDF und anderen Holzwerkstoffen musste bisher ein Testmuster zerstört werden, um die Schichtdicke zu messen – auch dieser Prozessschritt entfällt jetzt.
Neben den stationären Coatmaster-Messgeräten ermöglicht der flexible und kabellose Coatmaster Flex die Messung komplizierter Geometrien, z.B. an Schmalflächen, Kanten oder in Griffmulden.