Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sprühstrahl und Schichtdicke vor dem Lackieren numerisch ermitteln

27.04.2001


Die Lackierbarkeit einer Automobilkarosserie lässt sich künftig amRechner vorhersagen. Ein neu entwickeltes, numerisches Programm simuliertSchichtdickenverteilungen und Auftragswirkungsgrad beim Lackieren mithoher Genauigkeit. Die Geometrie des zu lackierenden Objekts spielt dabeikeine Rolle.

Grundlegende Untersuchungen der physikalischen Prozesse bei der Lackapplikation gewinnen zunehmend an Bedeutung. Sowohl die Ansprüche an die optische und funktionelle Qualität von Lackschichten als auch an den Lackierprozess an sich und seine Reproduzierbarkeit steigen stetig. Strömungsmechanische und elektrostatische Effekte beeinflussen diese Prozesse und Verfahrensschritte wesentlich: die Luftströmung in der Lackierkabine ebenso wie die Berechnung der Partikelbahnen, der Schichtdickenverteilung oder des Auftragswirkungsgrads bei der Applikation. Wissenschaftler des Fraunhofer IPA, unter anderem Dr. Joachim Domnick und Dr. Andreas Scheibe, haben ein Programm entwickelt, das den Beschichtungsvorgang mit elektrostatisch unterstützten Hochrotationszerstäubern numerisch simuliert. Es basiert auf einem kommerziellen Strömungsberechnungs-Programmpaket, ergänzt um die zusätzlichen elektrostatischen Effekte einschließlich der Raumladung durch die geladenen Lacktropfen.

»Mit diesem Programm können wir Schichtdickenverteilungen sowie Auftragswirkungsgrad für nahezu beliebige Substratgeometrien mit hoher Genauigkeit vorhersagen«, erklärt Andreas Scheibe. Als Ausgangsbasis für die Simulation benötigen die IPA-Wissenschaftler lediglich Zerstäuberparameter wie Lenkluftvolumenstrom oder Hochspannung und die Tropfengrößen am Glockentellerrand. So lassen sich künftig Zerstäubereinstellungen schneller und effektiver bestimmen oder die Lackierbarkeit einer Automobilkarosse vorhersagen. Generell ermöglichen numerische Simulationen die kurzfristige Realisierung von Parameterstudien, gewähren Einblick in grundlegende Vorgänge des Lackierprozesses und ersetzen in weiten Teilen komplexe und teure experimentelle Untersuchungen. »Bereits im Vorfeld einer Entwicklung können damit erhebliche Kosten eingespart werden«, so Scheibe.

Simulationen von Strömungsvorgängen und elektrischen Feldern sind in den entsprechenden Fachgebieten bereits gang und gäbe. Scheibe und Domnick haben sie an die Anforderungen der Lackiertechnik angepasst und zwei kommerzielle Rechenprogramme erweitert. Ihr Ergänzungsmodul berechnet die Bahnen geladener Partikel in elektrischen Feldern unter Berücksichtigung aller auftretenden elektrischen Kräfte. Bei der Simulation von elektrostatischen Lackierungen können damit unter anderem die Schichtdickenverteilung und der Auftragswirkungsgrad eines statischen Sprühbildes ermittelt werden. Ein weiteres am Fraunhofer IPA entwickeltes Programm ermöglicht die Simulation dynamischer Beschichtungsvorgänge. Hierbei wird die Lackmassenverteilung in dem zuvor berechneten statische Sprühbild entlang einer vorgegebenen Beschichtungsbahn zeitlich summiert und aufaddiert. Damit lassen sich die Beschichtungsergebnisse auch für komplexere dreidimensionale Werkstücke präzise vorherzusagen.

In der Lackiertechnik existiert eine Vielzahl potenzieller Anwendungen für die numerische Strömungssimulation. So kann beispielsweise eine ungünstige Luftführung in der Lackierkabine Staubteilchen auf das lackierte Objekt wirbeln oder dazu führen, dass sich bereits getrockneter Lackteilchen aus wenig durchströmten Bereichen der Kabine auf ihm niederschlagen. Bei der elektrostatischen Applikation von Nasslack oder Pulver hat die Luftströmung einen deutlichen Einfluss auf die Schichtdickenverteilung und den Auftragswirkungsgrad. Eine zu hohe Sinkluftgeschwindigkeit zwischen Zerstäuber und Objekt wird den Sprühkegel verzerren und zu einem zusätzlichen Austrag kleinerer Lackpartikel führen. Darüber hinaus kann es zu negativen Wechselwirkungen zwischen parallel arbeitenden Zerstäubern kommen. »Mit Hilfe der Simulation lässt sich die Kabinenluftströmung bereits im Vorfeld optimieren, sei es über die Zuluftbedingungen, die Realisierung von Einbauten oder andere Maßnahmen«, weiß Joachim Domnick.

Wenn es um die Anlagenplanung oder die Offline-Programmierung von Anlagen geht, gewinnt die Vorhersage der Schichtdickenverteilung zunehmend an Bedeutung. Sie lässt sich mit der numerischen Simulation ebenso berechnen wie die Partikelbahnen und der Auftragswirkungsgrad bei der Applikation. Weitere Anwendungen sind die Effektbildung bei Decklacken durch die dynamischen Vorgänge beim Tropfenaufprall, Filmbildung und Verlauf, die Strömung in Zerstäubern sowie Strömungsprobleme bei der Lackversorgung oder das Optimieren von Trockenprozessen.

Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA


Dr.-Ing. Joachim Domnick, Telefon: 0711/970-1762, Telefax: 0711/970-1035, E-Mail: jhd@ipa.fhg.de
Dr.-Ing. Andreas Scheibe, Telefon: 0711/970-1729, Telefax: 0711/970-1001, E-Mail: aas@ipa.fhg.de

Dipl.-Ing. Michaela Neuner | idw

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Automotive:

nachricht Mobilität von Morgen: Wie wir uns in Zukunft von A nach B bewegen
07.09.2017 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT

nachricht Verbesserte Leistung dank halbiertem Gewicht
24.07.2017 | Technische Universität Chemnitz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Automotive >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik