© Werk/Magna Steyr/Otmar Winterleitner

Technik
04/07/2019

Autolacke: Von der Teerfarbe zum Hightechlack

Wie Elektrifizierung und Automatisierung des Autofahrens die Autolacke verändern.

von Maria Brandl

Am Anfang stand der Zufall. Eigentlich wollte der Engländer William Henry Perkin 1856 synthetisch Chinin herstellen. Stattdessen erfand er den ersten synthetisch aus Steinkohlenteer hergestellten Farbstoff Mauvien („Perkin-Violett“). Perkin war damals 18 Jahre alt.

In Deutschland erkannte Friedrich Engelhorn, Besitzer einer Leuchtgasfabrik in Mannheim, sehr schnell das große Potenzial synthetischer Farben auf Basis von Steinkohlenteer. 1865 gründete er die „Badische Anilin- & Sodafabrik“, die BASF. Die ersten Teerfarbstoffe für Textilien erfüllten die großen Erwartungen noch nicht, bei der Wasch- und Lichtechtheit zeigten sie Schwächen. Doch geniale Forscher wie Heinrich Caro lösten ein Problem nach dem anderen. 1877 konnte BASF bereits die erste Produktionsanlage im Ausland eröffnen – in Butirki, einem Stadtteil von Moskau.

Besonders groß war der Ehrgeiz unter den Farbherstellern, den damals bedeutendsten Naturfarbstoff Indigo synthetisch großtechnisch herzustellen.

Heute ist BASF ein Milliardenunternehmen, die Farben sind aber noch immer ein wichtiger Umsatzbringer. Ein moderner Autolack, so BASF, „besteht in der Regel aus vier verschiedenen Schichten, die perfekt aufeinander abgestimmt sein müssen, um die gewünschte Qualität und Langlebigkeit zu gewährleisten. Die Kathodische Tauchlackierung (KTL) sorgt als Grundierung für den Korrosionsschutz des Substrats (Anm. Karosserie) und ist die Grundlage für den weiteren Schichtaufbau. Der Füller glättet eventuelle Unebenheiten aus und schützt gleichzeitig vor Steinschlag. Der Basislack, die farbgebende Schicht im Lackaufbau eines Autos, besteht aus zahlreichen Einzelkomponenten, darunter Harze, Pigmente, Lösemittel wie Wasser sowie Additive. Pigmente sorgen für den jeweiligen Farbton oder besondere Effekte. Der Klarlack versiegelt schließlich den Lackaufbau des Autos und schützt vor Witterungseinflüssen und Kratzern.“

Neue Anforderungen

Die Digitalisierung, Elektrifizierung und Automatisierung des Autofahrens stellt auch Lackhersteller wie BASF vor neue Herausforderungen. So arbeitet BASF mit den Autoherstellern an Lacken für Radartransmission und/oder -reflektion, die für das autonome Fahren sehr wichtig sind. Einen gemeinsamen Standard dafür gibt es aber noch nicht, das heißt, alle BASF-Vorschläge müssen an die jeweiligen Kunden angepasst werden.

Im Bereich der E-Mobilität hat BASF eine Lacktechnologie entwickelt, die die energiereiche Nah-Infrarotstrahlung durchlässt und einen Füller, der diese reflektiert. Zusammen reduzieren diese beiden Effekte an heißen Sommertagen die Temperatur auf der Fahrzeugoberfläche laut BASF um bis zu 20 Grad C, wodurch sich der Innenraum um 4 Grad weniger aufheizt. Damit ist weniger Energie fürs Kühlen notwendig, was der Reichweite zugute kommt.

Um den CO2-Fußabdruck des Lackierens in der Produktion zu senken, arbeitet BASF etwa an der Integration zweier Prozessschritte, konkret der Integration des Füllers in den Basislack. So wird ein Trocknungsschritt eingespart und die Lackierstraße verkürzt, was bis zu 20 %  CO2 einspart. BASF kooperiert hier auch mit Magna Steyr in Graz, das es mit Lacken versorgt (siehe auch Interview mit Ralf Dunkel).

Bestimmend für das Wohl des Lackherstellers ist die Zukunft der Autoindustrie. Diese rechnet in den kommenden Jahren mit einem Plus pro Jahr von rund 10 Mio. Pkw und Kleintransportern. Weniger rosig ist das Wachstum im Reparaturlackgeschäft, das Christine Steingaß, BASF Geschäftsführerin des Bereichs für Zentraleuropa inkl. Österreich mit Sitz in Eugendorf, Salzburg, leitet. Grund: „Die Zahl der schweren Unfallschäden in Europa sinkt.“

Ralf Dunkel, Magna Steyr, darüber, was Lacke gut und manche besonders teuer macht

Seit 113 Jahren werden am heutigen Magna Steyr-Standort in Graz Autos gebaut. Früher bei Puch in eigener Regie, inzwischen im Auftrag namhafter Automobilhersteller. Insgesamt wurden bisher 3,5 Mio. Fahrzeuge produziert, 29 verschiedene Modelle für neun Autohersteller. Derzeit fertigt Magna die Mercedes G-Klasse, den 5er BMW, den Jaguar E-Pace sowie I-Pace („Auto des Jahres 2019“ in Europa), den BMW Z4 sowie den Toyota GR Supra.

Neben dem Rohbau und der Montage stellt bei Magna Steyr die Lackierung der Fahrzeuge einen wichtigen Produktionsschritt dar. Eine gute Qualität ist maßgeblich für Wertbeständigkeit und Kundenzufriedenheit, immer mehr rückt jedoch auch das Thema Umwelt in den Fokus. Zählen doch Lackieranlagen zu den größten Energieverbrauchern in der Autoproduktion. Auf dem Weg zur -neutralen Autoproduktion, die sich vor allem deutsche Autohersteller wie VW und Mercedes auf die Fahnen heften, spielen Effizienzsteigerungen beim Lackieren eine große Rolle. Die Autorin sprach darüber mit Ralf Dunkel, der bei Magna Steyr die Lackieranlage sowie die Karosseriebauten leitet.

Ralf Dunkel darüber/über…

… aktuelle Lackdicken bei Autos: Der Gesamtlackaufbau beträgt derzeit rund 120 Mikrometer, das entspricht ungefähr dem Durchmesser eines menschlichen Haares. Dazu zählen vier Schichten: der Korrosionsschutz (KTL), der Füller (Steinschlagschutz), der Basislack (die farbgebende Schicht) sowie der Klarlack (transparent). Das Gesamtgewicht der aufgetragenen Lackmaterialien beträgt bei einem Mittelklassewagen 4 bis 6 kg, samt Abdichtmaterial und Dämmmatten, die auch flüssig aufgebracht werden können, sind es 10 bis 16 kg.

 … ob SUV robustere Lacke haben als Kleinwagen: Nein. Autohersteller erstellen für ihre Modelle Spezifikationen für die Lackierung, die für alle gleich zu erfüllen sind. Die Hersteller verfolgen dabei unterschiedliche Philosophien: Einige legen besonderen Wert auf die Kratzbeständigkeit, andere auf die Appearance (Strahlkraft). Daraus leiten die Hersteller ihre Strategien für die einzusetzenden Klarlackmaterialien ab.

 … die Lebensdauer: Das Problem, dass etwa in den 70er/80er-Jahren die roten Autos über die Zeit verblichen, gibt es nicht mehr. Auch nicht bei Kunststoffteilen. Die Technologieentwicklung aller Lackmaterialien hat zur „Lebensdauer“ eines Automobils massiv beigetragen.

 … wie die Farbgleichheit bei verschiedenen Teilen, Materialien und Lieferanten sichergestellt wird: Das ist eine der größten Herausforderungen, dass alle Teile, egal, aus welchem Material und von welchem Lieferanten, am Ende ein homogenes Gesamtbild ergeben. Dafür werden zuerst in der Designabteilung des Autoherstellers eine Farbe entwickelt und Farbmustertafeln erstellt. Jeder Teilelieferant erhält eine Urmustertafel. Sie ist visuell, aber auch messtechnisch zu verwenden. Im besten Fall gibt es im Farbkreis einen definierten Abweichungsbereich. Es wird festgelegt, wie viel Abweichung erlaubt ist. Während der Prototypenphasen gleichen alle Lieferanten die lackierten Teile mit der Urmustertafel ab. Das sind mehrere Versuche, wobei anzumerken ist, dass der Lackierprozess für Stahl-/Alu- und Kunststoffteile unterschiedlich ist. Am Ende muss jedenfalls die Farbe gemäß Urmuster herauskommen.

Die Abnahme erfolgt in eigenen Lichtkabinen, wo die Lackierung von Magna-Mitarbeitern und einem Vertreter des Auftraggebers unter verschiedenen Lichtbedingungen kontrolliert wird.

 … über die häufigsten Probleme beim Lackieren: Das sind vor allem Fehlstellen in der Oberfläche. Darunter verstehen wir Einschlüsse wie Fasern, Schmutzkörner, Schleifkörner oder einen Rückstand aus dem Karosseriebau. Diese Einschlüsse müssen vor dem nächsten Lackiervorgang beseitigt werden, sonst würden sie im Folgeprozess zu erheblicher Nacharbeit führen. Dazu werden diese Fehlstellen händisch angeschliffen und dann sofort von Schleifstaub gereinigt. Erkannt werden diese Fehlstellen vom menschlichen Auge oder durch Fühlen. Dazu brauchen die Mitarbeiter kein eigenes Talent, das können sie trainieren.

Es gibt auch technologische Entwicklungen, wo dies vollautomatisch erfolgt. Bei Magna stehen wir mit so einer Anlage unmittelbar vor dem Anlauf.

 … über das Energieeinsparungspotenzial beim Lackieren: Das hängt davon ab, ob es sich um eine bestehende oder eine neu zu errichtende Lackiererei handelt. Bei der bestehenden in Graz setzten wir in den vergangenen Jahren viele Maßnahmen, um Energie zu sparen, etwa die Wärmerückgewinnung, Wasser-Wasser-Wärme-Pumpen, Wärmeräder, wo die anzusaugende Luft mit der warmen Abluft vorgewärmt wird. Bei der neuen Anlage bei Maribor setzen wir Fotovoltaik-Anlagen am Dach ein, nutzen Regenwasser, konzentrieren die Wärmebereiche so, dass der CO2-Fußabdruck möglichst gering ist. Auch zentrieren wir dort alle manuellen Arbeitsbereiche, um die Lüftungsanlagen effizienter zu gestalten.

Beim Lackieren selbst lassen sich die Spritzkabinen schmäler gestalten, womit weniger Luft bewegt werden muss. Eine Möglichkeit zum Energiesparen ist Niedrigtemperaturlackieren mit 80 statt mit 145 bis 150 Grad. Damit können zudem Kunststoffteile gemeinsam mit Alu-/Stahlteilen lackiert werden.

Eine weitere Variante zum Energiesparen sind integrierte Prozesse, wo die Funktion des Füllers in den Basislack integriert ist. Das hängt vom Hersteller ab. Wir als Magna müssen die Wünsche verschiedener Hersteller erfüllen.

 … über die Trends der nächsten Jahre:  Die heißen Individualisierung, Farbtonvielfalt, Mattlackierung sowie Mehrschichtlackierung. Sie zeigt bei unterverschiedenen Sichtwinkeln unterschiedliche Effekte. Für einzelne Märkte gibt es absolut verrückte Farbkompositionen. Individuelle Farben, wir nennen dies „Krawattenfarben“, kosten jedoch ein Vielfaches von Serienfarben.

 … darüber, welcher Lack für Kunden am günstigsten ist: Ein Unifarbton, keine Metallic-Lackierung, schwarz oder weiß. Diese Farben lassen sich leicht reparieren und sind auch von der Applikation her einfach.

Zur Person

Ralf Dunkel, 47, leitet seit April 2011 die Lackiererei sowie den Karosseriebau bei Magna in Graz. Er studierte Verfahrenstechnik an der TU Graz und schloss dort mit ausgezeichnetem Erfolg ab. Seit 1999 arbeitet der Diplom-Inge- nieur bei Magna in der Lackiere- rei. Er ist verheiratet, hat eine Tochter und verbringt seine Frei- zeit am liebsten mit der Familie, mit Reisen und Sport (Golf, Ski).

Autofarben im weltweiten Modetrend

Laut einer globalen BASF-Analyse wurden 2018 fast 80 % der weltweit produzierten Pkw weiß, schwarz, grau oder silber lackiert. Sie zählen zu den achromatischen, „unbunten“ Farben. Die unbunten Farbtöne werden vor allem für Oberklasse-Pkw gewählt. Weiß war im Vorjahr weltweit die beliebteste Autofarbe mit einem Anteil von mehr als 50 %  in der Region Asien-Pazifik, knapp 30 % in Europa und rund 25 % in Nordamerika.

Bei den „bunten“, chromatischen Farbtönen lag Blau an erster Stelle, gefolgt von Rot. Bunte Farben sind am beliebtesten für Klein- und Kompaktwagen.
Gewinner Zu den Aufsteigern zählt in Europa das Grau, das Schwarz auf den dritten Platz in der Beliebtheitsskala gedrängt hat.

Grau ist jedoch nicht einfach Grau, der Kunde kann allein bei BASF unter mehr als 110 Farbvarianten wählen. Noch mehr Spielraum bietet Blau mit mehr als 140 Schattierungen. Blau wird vor allem mit neuer Technologie – Digitalisierung, Automatisierung, Elektrifizierung verbunden. Es erinnert auch an die Farbe von Bildschirmen und digitalem Licht.
Grau dagegen steht für Urbanität, erinnert oft an Beton. Zusammen mit einem starken metallischen Effekt soll Grau unerwartete Reaktionen bei Passanten erwecken und so den Wunsch nach Aufmerksamkeit erfüllen.

Lokalkolorit

Die relativ junge Liebe zu Weiß auch in unseren Breiten kommt aus China, wo sich erst langsam auch andere Farben durchsetzen

Fakten

Kapazität Pro Jahr können bei Magna Steyr in Graz 175.000 Autos lackiert werden. Dazu kommt eine Kapazität von 100.000 Stück dank der neuen Lackieranlage bei Maribor, Slowenien.
Material  Pro Jahr verbraucht Magna Steyr beim Lackieren 1600 t PVC, 820 t Basislack sowie 610 t Klarlack und Härter.
Mitarbeiter Insgesamt beschäftigt Magna Steyr in der Lackieranlage ca. 960 Mitarbeiter.
Verbrauch in Zahlen 50 Gigawattstunden pro Jahr  beträgt der Energiebedarf der Lackieranlage bei Magna Steyr. Das entspricht dem Energieverbrauch von ca. 16.000 Haushalten. Der Erdgasbedarf liegt bei 8,6 Mio. m3 pro Jahr, das ist ungefähr der Verbrauch von 4000 Haushalten.0,5 Kubikmeter Abwasser fallen  pro Karosserie beim Lackieren an.