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 Vom Virtuellen Prototyp zum Serienmodell
01.09.2016 | Virtual Dimension Center Fellbach w. V.

nachricht Weniger Gewicht für Elektrofahrzeuge: Fraunhofer LBF entwickelt hybride Leichtbauhinterachse
16.08.2016 | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Automotive >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Der perfekte Sonnensturm

Ein geomagnetischer Sturm hat sich als Glücksfall für die Wissenschaft erwiesen. Jahrzehnte rätselte die Forschung, wie hoch energetische Partikel, die auf die Magnetosphäre der Erde treffen, wieder verschwinden. Jetzt hat Yuri Shprits vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ und der Universität Potsdam mit einem internationalen Team eine Erklärung gefunden: Entscheidend für den Verlust an Teilchen ist, wie schnell die Partikel sind. Shprits: „Das hilft uns auch, Prozesse auf der Sonne, auf anderen Planeten und sogar in fernen Galaxien zu verstehen.“ Er fügt hinzu: „Die Studie wird uns überdies helfen, das ‚Weltraumwetter‘ besser vorherzusagen und damit wertvolle Satelliten zu schützen.“

Ein geomagnetischer Sturm am 17. Januar 2013 hat sich als Glücksfall für die Wissenschaft erwiesen. Der Sonnensturm ermöglichte einzigartige Beobachtungen, die...

Im Focus: New welding process joins dissimilar sheets better

Friction stir welding is a still-young and thus often unfamiliar pressure welding process for joining flat components and semi-finished components made of light metals.
Scientists at the University of Stuttgart have now developed two new process variants that will considerably expand the areas of application for friction stir welding.
Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH supports the University of Stuttgart in patenting and marketing its innovations.

Friction stir welding is a still-young and thus often unfamiliar pressure welding process for joining flat components and semi-finished components made of...

Im Focus: Neuer Schalter entscheidet zwischen Reparatur und Zelltod

Eine der wichtigsten Entscheidungen, die eine Zelle zu treffen hat, ist eine Frage von Leben und Tod: kann ein Schaden repariert werden oder ist es sinnvoller zellulären Selbstmord zu begehen um weitere Schädigung zu verhindern? In einer Kaskade eines bisher wenig verstandenen Signalweges konnten Forscher des Exzellenzclusters für Alternsforschung CECAD an der Universität zu Köln ein Protein identifizieren (UFD-2), das eine Schlüsselrolle in dem Prozess einnimmt. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Structural & Molecular Biology veröffentlicht.

Die genetische Information einer jeden Zelle liegt in ihrer Sequenz der DNA-Doppelhelix. Doppelstrangbrüche der DNA, die durch Strahlung hervorgerufen werden...

Im Focus: Forscher entwickeln quantenphotonischen Schaltkreis mit elektrischer Lichtquelle

Optische Quantenrechner könnten die Computertechnologie revolutionieren. Forschern um Wolfram Pernice von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster sowie Ralph Krupke, Manfred Kappes und Carsten Rockstuhl vom Karlsruher Institut für Technologie ist es nun gelungen, einen quantenoptischen Versuchsaufbau auf einem Chip zu platzieren. Damit haben sie eine Voraussetzung erfüllt, um photonische Schaltkreise für optische Quantencomputer nutzbar machen zu können.

Ob für eine abhörsichere Datenverschlüsselung, die ultraschnelle Berechnung riesiger Datenmengen oder die sogenannte Quantensimulation, mit der hochkomplexe...

Im Focus: First quantum photonic circuit with electrically driven light source

Optical quantum computers can revolutionize computer technology. A team of researchers led by scientists from Münster University and KIT now succeeded in putting a quantum optical experimental set-up onto a chip. In doing so, they have met one of the requirements for making it possible to use photonic circuits for optical quantum computers.

Optical quantum computers are what people are pinning their hopes on for tomorrow’s computer technology – whether for tap-proof data encryption, ultrafast...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

EEHE 2017 – Strom statt Benzin. Experten diskutieren die Umsetzung neuester Fahrzeugkonzepte. Call vor Papers endet am 31.10.2016!

28.09.2016 | Veranstaltungen

Folgenschwere Luftverschmutzung: Forum zur Chemie der Atmosphäre

28.09.2016 | Veranstaltungen

European Health Forum Gastein 2016 beginnt

28.09.2016 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

EEHE 2017 – Strom statt Benzin. Experten diskutieren die Umsetzung neuester Fahrzeugkonzepte. Call vor Papers endet am 31.10.2016!

28.09.2016 | Veranstaltungsnachrichten

Wie Blockchain die Finanzwelt verändert

28.09.2016 | Wirtschaft Finanzen

Neue Plasmaanlage - Präzise und hoch entwickelte Chips

28.09.2016 | Physik Astronomie