Ressourceneffiziente Beschichtung mittels innovativer Hochrotationszerstäuber

© Fraunhofer IPA, Hochschule Esslingen

Simulation Lackzerstäubung an der Glockenkante eines Hochrotationszerstäubers

In Kürze

Das Fraunhofer IPA hat gemeinsam mit der Hochschule Esslingen Ende letzten Jahres das Forschungsprojekt „Ressourceneffiziente Beschichtung mithilfe innovativer Hochrotationszerstäuber“ abgeschlossen. Ziel des Projekts war es, den Zerstäubungsprozess bei der Hochrotation besser zu verstehen, um damit Lackierfehler zu vermeiden und flexibler und einfacher in der Anwendung zu werden.

Im Detail

Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurden numerische und experimentelle Untersuchungen des Beschichtungsvorganges mit Hochrotationszerstäuber durchgeführt. Die Untersuchungen umfassen alle relevanten physikalischen Teilprozesse bei der Lackapplikation mittels Hochrotationszerstäubern, ausgehend von der Strömung des Lackes auf dem Glockenteller bis hin zur Deposition der Lacktropfen auf dem Werkstück, einschließlich der auf die geladenen Tropfen wirkenden elektrischen Feldkräfte und des Raumladungseffektes. Ein zentraler Punkt der Untersuchungen fällt auf die Modellierung sowie Simulation des Zerfalls- und Tropfenbildungsprozesses unmittelbar an der Glockentellerkante,  dies in zwei Schritten:  

  • Der erste Schritt beschäftigt sich mit der Modellierung der Filmbildung auf der Verteilerscheibe und die Innenfläche des Glockentellers. Es wurden numerische Simulationen mit dem Volume-of-Fluid-Ansatz durchgeführt. Prozessparameter, nämlich Drehzahl, Farbemenge und Strukturviskosität der Lackflüssigkeit, wurden verwendet, um deren Einflüsse auf die Filmdickenverteilung auf der Glocke zu untersuchen. 
  • Im zweiten Schritt wurde der Zerfallsprozess der Lackflüssigkeit in der Nähe der Glockenkante im Detail untersucht. Als Eingangsbedingungen für die Simulationen wurden die Lenkluftströmung an der Glocke, die Eigenschaften des Flüssigkeitsfilms an der Glockenkante, d. h. Filmdicke, Filmgeschwindigkeiten und die Viskosität, die aus den Filmbildungssimulationen erhalten wurden, angewendet. Darüber hinaus wurden benutzerdefinierte Funktionen in einem kommerzielle Rechenprogramm ANSYS Fluent zusammengestellt, um die durch den Zerfallsprozess gebildeten Tröpfchen zu identifizieren und zu charakterisieren. Auf diese Weise können Tropfeneigenschaften wie Durchmesser, Geschwindigkeit und Position bestimmt werden.

Ziel des Projekts war es, den Zerstäubungsprozess bei der Hochrotation besser zu verstehen, um damit Lackierfehler zu vermeiden und flexibler und einfacher in der Anwendung zu werden.

Das Projekt begleiten 25 Firmen aus dem Bereich Lackhersteller, Anlagenentwickler und Lackanwender im Automotiv- und Nicht-Automotiv- Umfeld.

Weiterführende Informationen

Projektlaufzeit: 1.4.2016 – 30.09.2018

Projektpartner: Hochschule Esslingen

Das Projekt wurde über die Deutsche Forschungsgesellschaft für Oberflächenbehandlung e.V. (DFO) in Kooperation mit der Forschungsgesellschaft für Pigmente und Lacke e.V. bei der AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. als industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) eingereicht und wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unter dem Förderkennzeichen 19097 N gefördert.