Industrielle Beschichtung in der Automobilbranche

Karosserie- und Anbauteile durchlaufen im Automobilbau mehrere Beschichtungsverfahren mit unterschiedlicher Funktion: Grundierung, Korrosionsschutz und die sichtbare Decklackierung sind in der Regel getrennte Prozessschritte mit eigenen Anforderungen. Welches Verfahren zum Einsatz kommt, richtet sich nach Bauteil, mechanischer und chemischer Beanspruchung sowie den Werksnormen des jeweiligen Herstellers.

Innovative Beschichtungstechnologien in der Automobilindustrie

KTL-Tauchlackierung. Die kathodische Tauchlackierung ist die Standardgrundierung für Karosserien. Das Bauteil wird vollständig in ein Elektrotauchlackbad getaucht; unter angelegter Spannung scheidet sich der Lack elektrophoretisch auf der als Kathode geschalteten Karosserie ab. Weil die Abscheidung über das elektrische Feld erfolgt und nicht über Sprühwinkel oder Schwerkraft, erreicht die KTL-Schicht auch Hohlräume, Falze und Kanten, die für eine Spritzapplikation kaum zugänglich sind. Die Schicht bildet die Basis für den weiteren Lackaufbau aus Füller, Basislack und Klarlack und trägt den größten Anteil am Korrosionsschutz der Karosserie.

Pulverbeschichtung. Pulverlack wird elektrostatisch aufgeladen und auf das geerdete, elektrisch leitfähige Bauteil aufgetragen; die elektrostatische Anziehung sorgt für eine gleichmäßige Schichtbildung auch an Kanten. Im Einbrennofen schmilzt das Pulver auf, verläuft zu einem geschlossenen Film und vernetzt aus. Das Verfahren kommt ohne Lösemittel aus und wird unter anderem für Räder, Fahrwerks- und Anbauteile eingesetzt, die mechanisch und chemisch stark beansprucht werden und bei denen die dickere, robustere Pulverschicht einen Vorteil gegenüber dünnerem Nasslack bietet.

Nasslackierung. Flüssiglack wird in mehreren Schichten aufgetragen, üblich ist der Aufbau aus Füller, Basislack und Klarlack. Das Verfahren erlaubt die größte Farb- und Effektvielfalt, etwa Metallic- und Perleffektlacke, und wird deshalb für sichtbare Karosserieteile eingesetzt, bei denen die Optik eine Rolle spielt. Wasserbasierte Basislacksysteme senken den Lösemittelanteil (VOC-Gehalt) gegenüber konventionellen Systemen; der Klarlack darüber wird meist weiterhin lösemittelbasiert appliziert, weil er Glanz und Kratzfestigkeit der Oberfläche bestimmt.

Qualitätsstandards für Beschichtungen in der Automobilbranche

Materialzusammensetzung. Lack- und Pulversysteme müssen die chemische Beständigkeit, Härte und Flexibilität erfüllen, die die Werksnorm des jeweiligen Herstellers vorgibt. Abweichungen von der freigegebenen Rezeptur wirken sich unmittelbar auf diese Eigenschaften aus und können bei Wareneingangsprüfungen zur Rückweisung einer Lieferung führen.

Umweltvorgaben. Beschichtungsmaterialien und -prozesse unterliegen Grenzwerten für VOC-Emissionen und für den Einsatz bestimmter Chemikalien, etwa im Rahmen der REACH-Verordnung. Chrom(VI)-freie Systeme haben chromhaltige Passivierungen deshalb weitgehend verdrängt, und viele Hersteller schreiben chromfreie Vorbehandlung inzwischen in ihren Werksnormen vor.

Schichtdicke. Zu dünne Schichten unterschreiten den vorgesehenen Korrosionsschutz, zu dicke Schichten können Toleranzen an Anbauteilen sprengen oder zu Lackläufern führen. Die Schichtdicke wird deshalb während der Fertigung laufend gemessen, meist zerstörungsfrei über magnetische oder Wirbelstromverfahren, und dokumentiert, damit sich Abweichungen bis zur Ursache im Prozess zurückverfolgen lassen.

Prüfverfahren. Neben der Schichtdickenmessung gehören der Gitterschnitttest für die Haftung und Klimawechseltests, die Temperatur- und Feuchtewechsel simulieren, zu den gängigen Prüfungen für Automobilbeschichtungen. Welche Prüfungen im Einzelnen verlangt werden, legt die Werksnorm des Herstellers fest, nicht ein allgemeiner Industriestandard.

Korrosionsschutzlösungen für Automobilteile

Rost, der sich unter dem Lack bildet, führt zu Abplatzungen und mindert Sicherheit und Wert eines Fahrzeugs. Für Stahlteile stehen mehrere Korrosionsschutzsysteme zur Verfügung, die sich in Wirkprinzip und Einsatzbereich unterscheiden. Grundlage jeder dieser Schichten ist eine saubere, gut vorbehandelte Oberfläche, siehe Vorbehandlung.

Zinklamellenbeschichtung. Zink- und Aluminiumflocken in einem Bindemittel werden meist im Tauch-Schleuder-Verfahren aufgetragen: Das Bauteil wird in die Beschichtungsflüssigkeit getaucht, anschließend zentrifugiert, um überschüssiges Material abzuschleudern, und danach eingebrannt. Das Verfahren vermeidet die Wasserstoffversprödung, die bei galvanischer Verzinkung hochfester Schrauben auftreten kann, weil kein elektrolytischer Abscheidungsprozess mit Wasserstoffentwicklung stattfindet. Zinklamellenbeschichtung wird deshalb bevorzugt für hochfeste Verbindungselemente eingesetzt, ist für sehr kleine Gewinde aber weniger geeignet, weil die Schicht dort die Gängigkeit beeinträchtigen kann.

Chrom(VI)-freie Systeme. Chromatbasierte Passivierungen sind wegen der Gesundheitsgefährdung durch Chrom(VI) weitgehend durch chromfreie Alternativen ersetzt, etwa auf Basis von Zirkonium- oder Titanverbindungen, die einen vergleichbaren Korrosionsschutz bieten.

Duplex-Systeme. Die Kombination aus KTL-Tauchlackierung und einer Zinkschicht verbindet Barriereschutz mit kathodischem Schutz: Selbst wenn die Lackschicht an einer Stelle verletzt ist, etwa durch einen Steinschlag, bleibt der darunterliegende Stahl durch die Zinkschicht geschützt, weil sich das Zink an der Fehlstelle stellvertretend auflöst.

Anforderungen an Oberflächenbeschichtungen

Verschleißschutz. Bauteile mit hoher mechanischer Beanspruchung, etwa in Motor und Getriebe, benötigen Beschichtungen, die Abrasion und Reibverschleiß reduzieren, ohne dabei selbst zusätzliches Spiel oder Reibung ins System zu bringen.

Kratzfestigkeit. Sichtbare Bereiche wie Karosserie und Innenraum verlangen Lacke und Beschichtungen, die Gebrauchsspuren durch Kratzer und Abrieb verzögern; im Klarlack übernimmt diese Funktion meist ein vernetztes, hartes Bindemittelsystem.

Reibungsminderung. Beschichtungen, die die Reibung zwischen bewegten Teilen senken, sind vor allem in Motor und Getriebe relevant, wo geringere Reibung die mechanische Belastung und den Wärmeeintrag reduziert.

Maßgeschneiderte Beschichtungslösungen

Anforderungen unterscheiden sich je Bauteil: Ein Motorblock benötigt Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und Drücke, ein Karosserieteil vor allem Korrosions- und Kratzschutz, ein Fahrwerksteil vor allem mechanische Robustheit gegen Steinschlag und Streusalz. Material und Verfahren werden entsprechend an Bauteilgeometrie und Belastung angepasst.

Komplexe Geometrien erfordern eine angepasste Gestelltechnik, damit auch Hohlräume und Kanten vollständig und gleichmäßig beschichtet werden; ohne eine für das Bauteil ausgelegte Aufhängung entstehen Abschattungen, an denen die Schicht dünner bleibt oder ganz fehlt. Bereiche, die maßhaltig oder blank bleiben müssen, etwa Passflächen oder Gewinde, werden vor der Beschichtung gezielt abgedeckt.

Für Zulieferer lohnt sich der frühzeitige Austausch mit dem Beschichtungsbetrieb, weil sich Gestelltechnik, Maskierung und Anlagenmaß nicht nachträglich an ein bereits konstruiertes Bauteil anpassen lassen. Kriterien für die Auswahl eines passenden Betriebs stehen unter Beschichter finden.

Nachhaltigkeit in der Beschichtungstechnologie

Materialien. Wasserbasierte Lacke mit niedrigem VOC-Gehalt und lösemittelfreie Pulversysteme reduzieren den Lösemittelanteil gegenüber konventionellen Nasslacken; der Basislack ist inzwischen bei den meisten Herstellern wasserbasiert, während Füller und Klarlack teils noch lösemittelbasiert appliziert werden.

Energieeffizienz. Wärmerückgewinnung aus der Abluft von Trockner- und Einbrennöfen senkt den Energiebedarf der Anlage, weil die ohnehin anfallende Abwärme für die Vorwärmung nachfolgender Prozessschritte genutzt wird.

Verwertung. Overspray bei der Pulverbeschichtung lässt sich zu einem Teil über Rückgewinnungsanlagen auffangen und dem Beschichtungsprozess erneut zuführen, was den Materialverbrauch gegenüber einer Einwegapplikation senkt.

Zukunftstrends in der Automobilbeschichtung

Automatisierte Applikation durch Roboter ist im Karosseriebau bereits Standard, weil sie eine gleichmäßigere Schichtdicke und geringere Overspray-Mengen ermöglicht als die Applikation von Hand und sich exakt reproduzieren lässt. In der Weiterentwicklung geht es vor allem um genauere Sensorik zur Schichtdickenregelung während der Applikation, um eine feinere Dosierung des Materials und um eine durchgängige Prozessdatenerfassung, mit der sich Abweichungen im Nachhinein einer bestimmten Anlage oder Charge zuordnen lassen.

Bei der KTL-Tauchlackierung betrifft das vor allem die Badüberwachung: pH-Wert, Leitfähigkeit und Feststoffgehalt des Elektrotauchlackbads werden kontinuierlich erfasst, weil Abweichungen die Schichtbildung im gesamten Bad und damit an allen darin behandelten Karosserien gleichzeitig beeinflussen. Bei der Pulverbeschichtung liegt der Schwerpunkt auf der Kabinen- und Pulverrückgewinnung, damit Farbwechsel schneller und mit weniger Materialverlust ablaufen.

Fazit zur industriellen Beschichtung in der Automobilbranche

Welches Verfahren und welches Korrosionsschutzsystem zu einem Bauteil passt, hängt von Werkstoff, Beanspruchung und den Vorgaben des Automobilherstellers ab. KTL-Tauchlackierung, Pulverbeschichtung und Nasslackierung ergänzen sich in der Praxis meist, statt sich zu ersetzen, weil sie an unterschiedlichen Stellen der Karosserie unterschiedliche Aufgaben übernehmen: Grundierung, mechanischer Schutz und sichtbare Oberfläche folgen jeweils eigenen Anforderungen.

Häufig gestellte Fragen

Welche Beschichtungsverfahren sind im Automobilbau am gebräuchlichsten?

KTL-Tauchlackierung als Grundierung, Pulverbeschichtung für Fahrwerks- und Anbauteile und Nasslackierung für sichtbare Karosserieteile.

Warum sind Beschichtungen für Automobilteile wichtig?

Sie schützen vor Korrosion, Verschleiß und Kratzern und sind damit unmittelbar an Sicherheit und Lebensdauer des Fahrzeugs beteiligt.

Was ist eine Zinklamellenbeschichtung?

Eine nichtelektrolytisch aufgetragene Zink-Aluminium-Beschichtung, die vor allem für hochfeste Verbindungselemente eingesetzt wird, weil sie keine Wasserstoffversprödung verursacht.

Was ist ein Duplex-System?

Die Kombination aus kathodischer Tauchlackierung und einer Zinkschicht: Barriereschutz und kathodischer Schutz wirken zusammen, sodass der Stahl auch an einer verletzten Stelle der Lackschicht geschützt bleibt.

Wie wird die Schichtdicke kontrolliert?

Über laufende, meist zerstörungsfreie Messung während der Fertigung, weil zu dünne wie zu dicke Schichten Funktion und Toleranzen des Bauteils beeinträchtigen.

Was sagt eine Salzsprühnebelprüfung über ein Korrosionsschutzsystem aus?

Sie ist ein Vergleichstest unter beschleunigten Bedingungen, mit dem sich zwei Systeme oder Chargen gegeneinander prüfen lassen. Eine Vorhersage der tatsächlichen Standzeit im Fahrzeugeinsatz liefert sie nicht.