Energieeinsparende Lackierkabinen durch virtuelle Absicherung

Beim Spritzlackieren entsteht immer ein gewisser Lacknebel (Overspray), der nicht das Objekt trifft und bislang mit aufwändiger Anlagentechnik entfernt werden muss. Die dazu benötigte Luftströmung in der Lackierkabine wird beheizt und befeuchtet.

Die eingesetzten Energiemengen sollen jetzt durch bedeutend effizientere Umluftanlagen unter Wiederverwendung der Abluft deutlich reduziert werden. Für die bisher empirisch aufgebauten Lackiertechnikverfahren kommen nun numerische Verfahrenssimulationen zur Anwendung. Wissenschaftler vom Fraunhofer IPA in Stuttgart simulieren Lackierkabinen, um Lackiertechniken zu entwickeln und abzusichern.

Dabei wird die komplexe Bewegung der Lacktröpfchen in dem turbulenten Luftströmungsfeld unter Berücksichtigung der Gravitations- und elektrischen Kräfte bei der Spritzlackierung berechnet. Außerdem wird das Lösemittel, das die Lacktröpfchen abdunsten, in die mathematische Beschreibung einbezogen. In diesem Verfahren werden alle Vorgänge im Lackierprozess genauestens beschrieben, sodass erstmals ein exaktes Verständnis des Lackierens erreicht wird, wie es nur durch numerische Simulation auf Basis der elementaren Naturphänomene möglich wird.

Enthalten in der Berechnung ist die Luftversorgung der Kabine, die Luftströmung in der Kabine, der statistische Flug der Lacktropfen, die Abdunstung und die Verbreitung der Lösemittel in der Lackierkabine. So werden die Anlagen und der Lackiervorgang systematisch optimiert und neue Methoden zur Entfernung des Oversprays entwickelt. Ein großer Anlagenbauer hat nach der Simulation der Anlagen durch das Fraunhofer IPA diese energieeffiziente Umlufttechnik in Werken der Automobilindustrie umgesetzt.

»Jetzt haben wir einen neuen Meilenstein der Energieeffizienz in der Lackierung erreicht«, so Dr. Michael Hilt, Leiter der Abteilung Beschichtungs- und Lackiersysteme am Fraunhofer IPA. Auf diese Weise wurde eine Vorgehensweise an realen Anlagenplanungen mit umfassend neuen Perspektiven etabliert: »Die numerische Simulation hilft, die Technik zu verstehen, die Planungen abzusichern und schnell umzusetzen sowie neue Ideen zu entwickeln, um Prozesse effizienter zu gestalten«, fasst Dr. Oliver Tiedje zusammen, der die Gruppe Nassapplikations- und Simulationstechnik am Fraunhofer IPA leitet.

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| Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Das Fraunhofer-Institut für Produktions tech nik und Automatisierung IPA wurde 1959 gegründet und 1971 in die Fraunhofer-Gesellschaft aufgenommen. Es ist eines der größten Einzelinstitute innerhalb dieser Forschungs ge sellschaft und beschäftigt rund 280 Wissen schaftlerinnen und Wissenschaftler. Das Jahresbudget beträgt rund 44 Mio Euro, davon stammen 19,4 Mio Euro aus Industrie projekten. Das Fraunhofer IPA ist in 14 Fachabteilun gen gegliedert und in den Arbeitsgebieten Pro duktionsorganisation, Oberflächen technolo gie, Automatisierung und Prozesstechnologie tätig. Schwerpunkte unserer Forschung und Ent wicklung sind organisatorische und technologische Aufgabenstellungen aus dem Produktionsbereich der Zukunftsbranchen Automotive, Maschinen- und Anlagenbau, Elektronik und Mikrosystemtechnik, Energiewirtschaft sowie Medizin- und Biotechnik. Die FuE-Projekte zielen darauf ab, Automatisierungs- und Rationalisierungs reserven in den Unternehmen aufzuzeigen und auszuschöpfen, um mit verbesserten, kostengünstigeren und um weltfreundlicheren Produk tionsabläufen und Produkten die Wett bewerbsfähigkeit und die Arbeitsplätze in den Unternehmen zu erhalten oder zu verbessern.