FRAU N HO FE R -IN ST IT U T F Ü R P R OD U KT IO N ST ECHN IK U ND A U TOMATISIERU N G IPA NUMERISCHE SIMULATION DES SPRITZ-LACKIERENS VORHERSAGE VON OVERSPRAY- UND LÖSE MITTELAUSBREITUNG Spritzlackierverfahren sind durch ihre relativ wichtig für den Anlagenhersteller und -be- großen Lackmaterialverluste sowie einen treiber. Ebenso wichtig ist die Ermittlung von hohen Energieverbrauch geprägt. Das Over- Lackaerosol-Konzentrationen am Arbeits- spray, d. h. die nicht auf dem Werkstück platz hinsichtlich der arbeitshygienischen deponierten Lackpartikel, beeinflusst zum Anforderungen. Hier kann die Lackiertech- einen die Beschichtungsqualität durch Ver- nik aus der Anwendung numerischer Be- Fraunhofer-Institut für Produktions- schmutzungen auf dem Werkstück. Zum rechnungsprogramme zur Simulation von technik und Automatisierung IPA anderen ist es eine große Herausforderung Strömungsvorgängen großen Nutzen ziehen. Nobelstraße 12 wie umweltschonende Lackiersysteme ein- für den Anlagenbau, wenn Lackrecycling so70569 Stuttgart Unter Berücksichtigung der zugrunde liegen- gesetzt werden, um Energieverbrauch und den Physik im Spritzlackierverfahren werden somit CO2–Emissionen senken zu können. die folgenden wichtigen Teilprozesse zur Während des Beschichtungsprozesses mit Lösemittelausbreitung betrachtet: Telefon +49 711 970-1773 Nasslack breitet sich das Lösemittel wegen • [email protected] des Verdampfungseffektes in der Lackier- Ansprechpartner Dr. Oliver Tiedje Berechnung der Lackoverspray- und der 3-dimensionale turbulente Strömung in der Lackieranlage, einschließlich der kabine sowie im Abluftbereich aus. Für den vom Zerstäuber erzeugten Freistrahl- Dr.-Ing. Qiaoyan Ye Anlagenbau müssen einige Kriterien hin- strömung Telefon +49 711 970-1724 sichtlich Arbeitsumwelt- und Brandschutz [email protected] erfüllt werden. www.ipa.fraunhofer.de/lackiertechnik Die Informationen über die Overspray- und • Wechselwirkung zwischen zweiphasigen Strömungen (Gas-Tropfen- sowie Gas-Feststoff-Strömungen) Lösemittelausbreitung sind daher äußerst © Fraunhofer IPA 600/195 • Tropfentransport mit stochastischen Effekten 06.11/03.14 1 2 3 • Abdunstung der Tropfen während des Die Lösemittel- und Partikelkonzentrations- Transportes verteilungen sowie die Partikelgrößenvertei- lente Ausstattungen für Spritzbeschich- • Speziestransport in Luft wegen Löse- lung im Abluftbereich sind wichtige Informa- tungsuntersuchung, nämlich verschiedene mittelverdampfung tionen für die Anlagentechnik. Beispielsweise Zerstäuber in Lackieranwendungen, Laser- • Einfluss des elektrischen Feldes auf die kann man anhand der Partikelgrößenvertei- Beugungsspektrometer, Laser-Doppler- sowie Tropfenabscheidung beim elektrostati- lung den richtigen Filtertyp für ein Trocken- Phase-Doppler-Anemometer für Charakteri- schen Beschichten abscheidesystem für das Lack-Overspray sierung der Partikel-Phase, Laserlichtschnitt- Als Beispiel sind in den Abbildungen einige auswählen, um so die Filtereffizienz zu verfahren für Strömungssichtbarmachung erhöhen. und Nanolite® Punktfunkenblitzlampe zur Was wir für Sie tun können so dass wir komplexe Untersuchungen zeit- Beobachtung des Zerstäubungsvorganges, der simulierten Tropfenbahnen in einer Lackierkabine gezeigt. Dabei wurden in der In unseren Labors verfügen wir über exzel- nah durchführen und die notwendigen Ein- Simulation zwei HVLP-Automatikpistolen eingesetzt. Als Lackmaterial wurde ein 2K- Wir unterstützen Sie bei der Planung und gangsbedingungen für die numerische PUR-Klarlack mit einem Festkörpergehalt Umsetzung sowie Optimierung von Be- Simulation ermitteln können. und Butylacetat als Lösemittel verwendet. schichtungsanlagen für Ihre Aufgabenstellung, indem wir die numerische Simulation Bedeutende Ergebnisse aus Simulation mit sinnvollen physikalischen Modellen durchführen. Beispielhaft können wir Informationen, die aus der numerischen berechnen: Simulation abgeleitet werden können, sind • Lösemittelkonzentration sowie Staub- 1 Lösemittelkonzentration (g/m³) • Das Strömungsfeld in der Anlage Emissionen bei Umluft-Betrieb unter von Butylacetat. Die hohe Lösemittel- • Die Lackschichtdickenverteilung auf Berücksichtigung des Lackdurchsatzes konzentration (> 11,4 g/m³) direkt dem Werkstück in der Applikation in der Nähe der Zerstäuber-düse ist • • • Der Auftragswirkungsgrad sowie die • Optimierung der Kabinenströmung ausgeblendet. Partikelabscheidungsrate • Optimierung des Filters für die 2 Beispielhafte Tropfenbahnen Die detaillierte räumliche Verteilung der Partikelabscheidung (Skala Tropfendurchmesser von Partikelgrößen auf dem Werkstück sowie 0.2 – 310 µm). im Overspray. 3 Verteilung des maximalen Partikel- Staubemissionen in Abluft durchmessers (µm) im Austritt.
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