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 RFID-Technologie: Digitalisierung in der Automobilproduktion
02.01.2018 | Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF

nachricht Wenn dein Auto weiß, wie du dich fühlst
20.12.2017 | FZI Forschungszentrum Informatik am Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Automotive >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Im Focus: Scientists decipher key principle behind reaction of metalloenzymes

So-called pre-distorted states accelerate photochemical reactions too

What enables electrons to be transferred swiftly, for example during photosynthesis? An interdisciplinary team of researchers has worked out the details of how...

Im Focus: Erstmalige präzise Messung der effektiven Ladung eines einzelnen Moleküls

Zum ersten Mal ist es Forschenden gelungen, die effektive elektrische Ladung eines einzelnen Moleküls in Lösung präzise zu messen. Dieser fundamentale Fortschritt einer vom SNF unterstützten Professorin könnte den Weg für die Entwicklung neuartiger medizinischer Diagnosegeräte ebnen.

Die elektrische Ladung ist eine der Kerneigenschaften, mit denen Moleküle miteinander in Wechselwirkung treten. Das Leben selber wäre ohne diese Eigenschaft...

Im Focus: The first precise measurement of a single molecule's effective charge

For the first time, scientists have precisely measured the effective electrical charge of a single molecule in solution. This fundamental insight of an SNSF Professor could also pave the way for future medical diagnostics.

Electrical charge is one of the key properties that allows molecules to interact. Life itself depends on this phenomenon: many biological processes involve...

Im Focus: Wie Metallstrukturen effektiv helfen, Knochen zu heilen

Forscher schaffen neue Generation von Knochenimplantaten

Wissenschaftler am Julius Wolff Institut, dem Berlin-Brandenburger Centrum für Regenerative Therapien und dem Centrum für Muskuloskeletale Chirurgie der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Fachtagung analytica conference 2018

15.01.2018 | Veranstaltungen

Tagung „Elektronikkühlung - Wärmemanagement“ vom 06. - 07.03.2018 in Essen

11.01.2018 | Veranstaltungen

Registrierung offen für Open Science Conference 2018 in Berlin

11.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ein „intelligentes Fieberthermometer“ für Mikrochips

16.01.2018 | Informationstechnologie

Diagnostik der Zukunft - Europäisches Projekt zur Erforschung seltener Krankheiten startet

16.01.2018 | Förderungen Preise

Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

16.01.2018 | Biowissenschaften Chemie