Welche Faktoren bestimmen die Prozesszeit beim Lackabtrag?

Beim laserbasierten Lackabtrag wirken mehrere Einflussgrößen zusammen: Anzahl und Zusammensetzung der Lackschichten, Schichtdicke, Grundmaterial, gewünschter Endzustand, Bearbeitungsstrategie und Anzahl der notwendigen Überfahrten. Deshalb lässt sich die Prozesszeit nicht seriös allein aus einer Wattzahl oder einer pauschalen Quadratmeterleistung ableiten.

Die Grundlagen zu Energieeintrag und Abtragsmechanismus stehen bereits im Beitrag Wie funktioniert Laserablation beim Reinigen von Metall?. Dieser Beitrag setzt darauf auf und betrachtet ausschließlich die Frage, warum der Zeitbedarf beim Entschichten so unterschiedlich ausfallen kann.

Warum es keine universelle Quadratmeterleistung gibt

Bei Maschinen und industriellen Verfahren wird Leistung gerne auf eine leicht vergleichbare Kennzahl reduziert. Beim Lackabtrag wäre eine Angabe wie „X Quadratmeter pro Stunde“ besonders attraktiv. In der Praxis ist eine solche Zahl ohne genaue Beschreibung der Anwendung nur eingeschränkt brauchbar.

Ein Quadratmeter einer dünnen, gleichmäßigen Beschichtung auf einer frei zugänglichen ebenen Stahlplatte ist nicht mit einem Quadratmeter mehrlagigem Lack auf einer verwinkelten Maschinenkomponente vergleichbar. Selbst wenn beide Flächen exakt gleich groß sind, kann die tatsächliche Prozesszeit deutlich voneinander abweichen. Dafür gibt es mehrere Gründe:

• unterschiedliche Lackarten und Schichtdicken
• Grundierung unter dem Decklack
• unterschiedliche Haftung
• stark abweichende Bauteilgeometrien
• anderer Zielzustand
• unterschiedlich viele notwendige Überfahrten
• veränderte Bewegungsgeschwindigkeit

Auch die Forderung an die fertige Oberfläche spielt eine große Rolle. Soll lediglich eine störende Deckschicht entfernt werden, muss das Metall vollständig freigelegt sein, oder wird anschließend geschweißt, geklebt oder neu beschichtet? Je präziser der geforderte Endzustand definiert ist, desto genauer muss auch die Prozessführung betrachtet werden. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT beschreibt laserbasierte Reinigungs- und Entschichtungsprozesse deshalb als anwendungsspezifische Verfahren, bei denen Strahlquelle, Intensität, Wechselwirkungszeit und Werkstoffeigenschaften aufeinander abgestimmt werden.

Wie der Lackaufbau den Zeitbedarf beeinflusst

Ein industrieller Lack besteht häufig nicht aus einer einzigen homogenen Schicht. Möglich sind Grundierung, Füller, Korrosionsschutz, Zwischenbeschichtung, Decklack und Klarlack. Diese Schichten können unterschiedliche chemische, optische und thermische Eigenschaften besitzen, wodurch sich der Abtrag während der Bearbeitung verändern kann. Eine Einstellung, die den Decklack effizient bearbeitet, muss für die darunterliegende Grundierung nicht optimal sein.

Das erklärt eine Situation, die in der Praxis zunächst widersprüchlich wirkt: Die ersten Bereiche einer Beschichtung verschwinden schnell, während die letzten sichtbaren Rückstände deutlich länger benötigen. Nicht zwangsläufig ist das Gerät plötzlich langsamer — der Prozess hat lediglich eine andere Materialschicht erreicht.

Bei mehrlagigen Beschichtungen sollte deshalb möglichst bekannt sein, wie der Lack aufgebaut ist. Fehlen diese Informationen, ist eine Probebearbeitung besonders wertvoll: Damit lässt sich feststellen, ob sich das Verhalten während des Abtrags verändert und welche Prozesszeit realistisch ist.

Warum die Schichtdicke allein nicht genügt

Eine dickere Schicht bedeutet meistens mehr Material, das entfernt werden muss. Daraus folgt jedoch keine lineare Beziehung zwischen Schichtdicke und Bearbeitungszeit — eine doppelt so dicke Beschichtung muss nicht exakt doppelt so lange dauern. Der Grund liegt in den Materialeigenschaften: Eine dickere, aber gut absorbierende Beschichtung kann unter bestimmten Bedingungen effizient bearbeitet werden. Eine dünnere, sehr widerstandsfähige Schicht kann dagegen mehrere sorgfältige Durchgänge erfordern.

Zusätzlich kann sich die Oberfläche während des Abtrags verändern. Sobald die obere Beschichtung entfernt wurde, trifft der Laser auf eine andere Materialkombination — dadurch können sich Absorption und erforderlicher Energieeintrag ändern. Die Abtragsschwelle und die Energiedichte sind hier wichtig, werden aber nicht erneut grundsätzlich erklärt: Die physikalischen Zusammenhänge stehen im Glossar und im Ablationsbeitrag.

Für die Zeitplanung genügt eine praktische Erkenntnis: Nicht Millimeter allein bestimmen die Dauer, sondern Millimeter in Verbindung mit Material und Prozess.

Welche Rolle das Grundmaterial spielt

Auch beim vollständigen Entfernen eines Lackes endet der Prozess nicht mit der Lackschicht. Der Bediener beziehungsweise die Anlage muss erkennen, wann der gewünschte Untergrund erreicht ist. Bei Stahl kann ein anderer Parameterbereich sinnvoll sein als bei Aluminium oder Edelstahl. Besonders relevant wird das, wenn die Oberfläche anschließend sichtbar bleibt oder bestimmte technische Eigenschaften benötigt.

Eine robuste Stahlplatte, die unmittelbar danach neu beschichtet wird, stellt andere Anforderungen an den Endzustand als ein hochwertiges Aluminiumgehäuse. Das Grundmaterial beeinflusst unter anderem:

• Wärmeableitung und Reflexionsverhalten
• zulässigen Energieeintrag
• gewünschte Oberflächenstruktur
• maximal akzeptable Veränderung

Damit wird deutlich, warum Zeitangaben aus einer völlig anderen Anwendung nur begrenzt übertragbar sind. Ein Ergebnis von einem Stahlbauteil sollte nicht ungeprüft auf Aluminium hochgerechnet werden. Die grundlegenden Unterschiede zwischen gepulsten und kontinuierlich arbeitenden Systemen behandelt der Beitrag Pulslaser oder CW: Welcher Energieeintrag passt zum Bauteil?.

Vollständiger oder partieller Abtrag

Ein weiterer erheblicher Zeitfaktor ist die Frage, wie viel der Beschichtung tatsächlich entfernt werden muss. Nicht jede industrielle Anwendung verlangt eine komplette Entlackung. Häufig werden nur definierte Bereiche benötigt:

• Schweißzonen und Klebeflächen
• Massekontakte und elektrische Kontaktbereiche
• Prüfstellen
• spätere Beschichtungszonen

Ein partieller Abtrag kann die notwendige Bearbeitungsfläche drastisch reduzieren. Gerade darin liegt ein Unterschied zu Verfahren, bei denen aus praktischen Gründen größere Bereiche behandelt werden. Wenn lediglich ein schmaler Streifen entlang einer späteren Schweißnaht benötigt wird, ist die Gesamtfläche möglicherweise nur ein kleiner Anteil der Bauteiloberfläche.

Für die Wirtschaftlichkeitsberechnung sollte deshalb nicht automatisch die Gesamtgröße des Werkstücks angesetzt werden — relevant ist die Fläche, die tatsächlich bearbeitet werden muss. Die möglichen Einsatzfelder für solche lokalen Prozesse fasst die Seite Anwendungsbereiche für verschiedene Bauteile und Oberflächen zusammen.

Warum mehrere Überfahrten sinnvoll sein können

Die schnellste sichtbare Bearbeitung ist nicht immer der beste Prozess. Bei mehrlagigen oder empfindlichen Anwendungen kann es sinnvoll sein, die Beschichtung in mehreren kontrollierten Überfahrten abzutragen. Dadurch lässt sich besser erkennen, wann eine neue Schicht erreicht wird, und ein gleichmäßigerer Endzustand entsteht.

Das klingt zunächst nach zusätzlicher Zeit. In der Gesamtbetrachtung kann ein kontrollierter Prozess dennoch wirtschaftlicher sein: Ein aggressiver Durchgang, der anschließend umfangreiche Nacharbeit verursacht, bringt keinen Vorteil. Deshalb sollte nicht ausschließlich die reine Laserzeit gemessen werden, sondern die gesamte Prozesszeit vom Ausgangszustand bis zum fertigen Bauteil. Dazu zählen:

• Positionieren und Einrichten
• Bearbeiten und Prüfen
• Nachbearbeiten
• Reinigen des Arbeitsplatzes

Erst diese Gesamtzeit kann sinnvoll mit einem alternativen Verfahren verglichen werden.

Scanbreite, Geschwindigkeit und Bahnplanung

Auch die Bewegung des Strahls beeinflusst den Zeitbedarf. Eine größere Scanbreite kann eine größere Fläche abdecken, gleichzeitig verteilt sich die Energie auf einen anderen Bereich. Eine höhere Bewegungsgeschwindigkeit reduziert die Wechselwirkungszeit. Die Aufgabe besteht darin, Scanbreite und Geschwindigkeit so zu kombinieren, dass genügend Energie für den gewünschten Abtrag eingebracht wird.

Es bringt wenig, eine Fläche extrem schnell zu überfahren, wenn anschließend mehrere zusätzliche Durchgänge notwendig sind. Umgekehrt kann ein sehr langsamer Prozess unnötig viel Energie und Zeit auf einen bereits ausreichend bearbeiteten Bereich konzentrieren.

Bei flächigen Bauteilen lässt sich eine gleichmäßige Bahn relativ einfach erzeugen. Bei Konturen, Bohrungen, Kanten und Vertiefungen wird die Bahnplanung anspruchsvoller. Fraunhofer IWS beschreibt für laserbasierte Prozesse schnelle und präzise Scannertechnik sowie die Kombination von Strahlführung, Prozesskontrolle und automatisierten Systemen. Damit wird die Bewegung selbst zu einem Produktivitätsfaktor. Wie sich Bahnführung an Kanten und Radien auswirkt, vertieft der Beitrag zu Scanmustern an Konturen.

Flache Bauteile und komplexe Geometrien

Die Oberfläche eines Bauteils wird in Kalkulationen häufig nur in Quadratmetern betrachtet. Das kann täuschen. Eine ebene Platte bietet andere Bedingungen als ein Rohr, ein Gehäuse, eine Werkzeugform, ein Bauteil mit Rippen, tiefe Nuten, Hinterschneidungen oder Kanten und Radien.

Bei komplexen Geometrien können zusätzliche Bewegungen oder Neupositionierungen notwendig werden. Ein Bediener muss möglicherweise seinen Arbeitswinkel verändern; bei automatisierter Bearbeitung muss der Roboter zusätzliche Wege fahren. Auch der Arbeitsabstand kann sich über eine gewölbte Oberfläche verändern. Das alles wirkt sich auf die reale Prozesszeit aus.

Deshalb sollte eine Kalkulation bei komplexen Bauteilen nicht einfach aus „Fläche mal Zeit pro Quadratmeter“ bestehen. Eine Probebearbeitung an einem repräsentativen Bereich liefert wesentlich verlässlichere Daten.

Wann mehr Leistung tatsächlich Zeit spart

Eine höhere Leistung kann den Abtrag beschleunigen — aber nur, wenn der Prozess diese zusätzliche Leistung sinnvoll nutzen kann. Wenn der erlaubte Energieeintrag durch das Grundmaterial begrenzt wird, lässt sich die Bearbeitung nicht beliebig beschleunigen. Auch eine hohe Leistung bringt wenig, wenn die Beschichtung bereits mit einer niedrigeren Einstellung schnell abgetragen wird und die Bewegungsgeschwindigkeit zum begrenzenden Faktor wird.

Bei robusten, großflächigen Aufgaben kann zusätzliche Leistung dagegen erhebliche Vorteile bringen. Die Entscheidung sollte deshalb nicht lauten, welche Maschine die höchste Wattzahl besitzt, sondern: Welches System erzielt auf diesem Lackaufbau den geforderten Endzustand mit der geringsten Gesamtprozesszeit? Das schließt Qualitätskontrolle und mögliche Nacharbeit ausdrücklich mit ein.

Nacharbeit in die Kalkulation einbeziehen

Ein häufiger Fehler bei Verfahrensvergleichen besteht darin, nur den eigentlichen Abtrag zu messen. Wenn ein Verfahren eine Fläche in 20 Minuten bearbeitet, anschließend aber 15 Minuten Nacharbeit benötigt, beträgt die reale Prozesszeit 35 Minuten. Ein anderes Verfahren kann im eigentlichen Bearbeitungsschritt langsamer sein, aber unmittelbar den gewünschten Endzustand liefern.

Für einen Vergleich sollten daher alle Schritte berücksichtigt werden. Je nach Betrieb gehören dazu:

• Abdecken angrenzender Bereiche
• Einrichten des Arbeitsplatzes
• Bearbeitung und Zwischenkontrolle
• Nacharbeit
• Entsorgung von Rückständen
• Wechsel von Verbrauchsmaterial
• Wiederfreigabe des Bauteils

Laserbasierte Verfahren benötigen kein klassisches Strahlmittel, erzeugen beim Abtrag aber dennoch Partikel und weitere Prozessemissionen. Auch Absaugung und Filtertechnik gehören deshalb in die praktische Prozessplanung.

Vom Materialtest zur belastbaren Zeitrechnung

Der Materialtest sollte nicht lediglich zeigen, ob sich ein Lack entfernen lässt. Für eine Investitionsentscheidung sollte er messbare Daten liefern:

• Bearbeitete Testfläche: Wie groß war die tatsächlich bearbeitete Fläche?
• Bearbeitungsdauer: Wie lange lief der Prozess?
• Anzahl der Durchgänge: Waren ein oder mehrere Durchgänge erforderlich?
• Zielzustand: Wie sauber musste die Oberfläche sein?
• Parameter: Welche Einstellungen wurden verwendet?
• Nacharbeit: War anschließend ein weiterer Arbeitsschritt notwendig?

Aus diesen Werten lässt sich eine erste realistische Produktivitätskennzahl ableiten und auf typische Bauteile oder eine geplante Stückzahl hochrechnen. Dabei sollte ein Sicherheitszuschlag für Einrichten, Positionieren und reale Arbeitsbedingungen berücksichtigt werden. Eine Laborprobe unter idealen Bedingungen ist nicht identisch mit einem Acht-Stunden-Arbeitstag in einer Werkstatt.

Was Unternehmen dokumentieren sollten

Wenn Lackabtrag regelmäßig durchgeführt wird, lohnt sich eine saubere Prozessdokumentation. Für wiederkehrende Bauteile können hinterlegt werden:

• Bauteilbezeichnung, Werkstoff und Lackaufbau
• relevante Schichtdicke
• Gerät, Parameter und Scanbreite
• Bearbeitungsgeschwindigkeit und Zahl der Durchgänge
• Ergebnis und Bearbeitungsdauer

Damit wird aus einer individuellen Erfahrung ein reproduzierbarer Betriebsprozess. Neue Mitarbeiter müssen dann nicht bei jedem Bauteil wieder bei null beginnen, und Veränderungen werden schneller sichtbar. Wenn dieselbe Aufgabe plötzlich deutlich länger dauert, kann gezielt geprüft werden, ob sich Beschichtung, Optik, Parameter oder Arbeitsweise verändert haben. Wie sich ein solcher Stand dauerhaft absichern lässt, behandelt der Beitrag zur Reproduzierbarkeit bei Serienbauteilen.

Sicherheit und Prozessemissionen

Beim Entlacken muss neben der Laserstrahlung besonders die Zusammensetzung der entfernten Beschichtung berücksichtigt werden. Lackbestandteile können beim Abtrag Partikel, Aerosole oder gasförmige Stoffe erzeugen. Die DGUV-Handlungshilfe FBHM-139 „Strahlarbeiten – Reinigen und Entschichten mit Laserstrahlung“, Ausgabe 06/2024, behandelt deshalb sowohl die Gefährdung durch Laserstrahlung als auch beim Prozess entstehende Gefahrstoffe und die notwendige Erfassung.

Eine geeignete Prozessabsaugung sollte möglichst nahe an der Bearbeitungsstelle ansetzen. Zusätzlich müssen abhängig von Anlage und Arbeitsplatz unter anderem Laserbereich, Reflexionen, Brandschutz und persönliche Schutzmaßnahmen berücksichtigt werden. Die Sicherheitsplanung ist dabei kein nachträgliches Zubehör, sondern Bestandteil des realen Prozesses und damit auch der wirtschaftlichen Kalkulation. Einen Überblick gibt die Seite Sicherheitshinweise zur Laserklasse 4.

Fazit: Die Prozesszeit entsteht aus dem gesamten Lackaufbau

Welche Faktoren die Prozesszeit bestimmen, lässt sich nicht auf eine einzelne Gerätespezifikation reduzieren. Die Bearbeitungsdauer entsteht aus dem Zusammenspiel von Lackart, Zahl der Schichten, Schichtdicke, Grundmaterial, gewünschtem Endzustand, Bearbeitungsstrategie, Scanbreite, Bewegungsgeschwindigkeit, Zahl der Überfahrten und Geometrie des Bauteils.

Für Anwender ist eine pauschale Quadratmeterleistung deshalb nur eine erste Orientierung. Eine belastbare Kalkulation entsteht aus einer Probebearbeitung unter möglichst realistischen Bedingungen. Dabei sollte nicht nur gemessen werden, wie lange der Laser aktiv ist — entscheidend ist die komplette Prozesszeit bis zum freigegebenen Bauteil.

Je präziser diese Daten erhoben werden, desto besser lässt sich beurteilen, ob eine bestimmte Technik für Einzelaufträge, regelmäßige Werkstattarbeiten oder eine Serienanwendung wirtschaftlich passt.

Quellen

• Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT — „Reinigen“: anwendungsspezifische Prozesse zum Reinigen, Entschichten und zur Oberflächenvorbehandlung.
• Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS — Systemtechnik und Prozesskontrolle: Scanner, Prozessüberwachung und Steuerung für präzise laserbasierte Bearbeitungsprozesse.
• DGUV — FBHM-139 „Strahlarbeiten – Reinigen und Entschichten mit Laserstrahlung“, Ausgabe 06/2024.

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