Energieeinsparende Lackierkabinen durch virtuelle Absicherung

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Numerische Simulationen erlauben effiziente Luftströmung bei der Lackierung. 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, so dass erstmals ein exaktes Verständnis des Lackierens erreicht wird, wie es nur durch numerische Simulation auf Basis der elementaren Naturphänomene möglich wird. Ent halten 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.


Bild: Luftströmung in der Lackierkabine und Bewegung der Tröpfchen wird berechnet, um die Luftführung in Umluft betreiben zu können. Bild: Fraunhofer IPA

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