Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Eine prinzipielle Schwachstelle der elektrostatischen Lackierverfahren ist die inhomogene Schichtdickenverteilung bei komplexen Werkst\u00fcckgeometrien. Ursache ist die feldst\u00e4rkenabh\u00e4ngige verminderte Lackabscheidung im Bereich von Vertiefungen (Faraday-K\u00e4fig) bzw. die \u00dcberbeschichtung auf vorstehenden Bereichen. Um die geforderte Mindestschichtdicke auch auf kritischen Werkst\u00fcckbereichen gew\u00e4hrleisten zu k\u00f6nnen, m\u00fcssen oftmals eine erh\u00f6hte mittlere Lackschichtdicke und dadurch ein erh\u00f6hter Lackmaterialverbrauch in Kauf genommen werden.
\nZiel der F&E-Arbeiten im Rahmen des F\u00f6rderprojektes sind neue Ans\u00e4tze zur \u00dcberwindung dieser Schwachstelle. Den Ansto\u00df gaben Forschungsergebnisse des Fraunhofer IPA auf dem Gebiet der elektrostatischen Pulverlackierung. Diese zeigen, dass sich der Einsatz gepulster Hochspannung im niederfrequenten Bereich und mit rechteck\u00e4hnlicher Signalform positiv auf die Schichtdickengleichm\u00e4\u00dfigkeit bei komplexen Bauteilen auswirken und dadurch zu einer Materialeffizienzsteigerung f\u00fchren kann.
\nEine hohe Materialeffizienz ist sowohl unter \u00f6kologischen als auch \u00f6konomischen Gesichtspunkten von wesentlicher Bedeutung. Zum einen stellen die Lackmaterialkosten einen entscheidenden Kostentreiber in der industriellen Lackierung dar, zum anderen sinkt mit dem Lackverbrauch zwangsl\u00e4ufig auch die Menge an umweltsch\u00e4dlichen L\u00f6semittelemissionen und Lackabf\u00e4llen.
\nEine hohe Schichtdickengleichm\u00e4\u00dfigkeit stellt zudem eine wichtige Voraussetzung f\u00fcr eine hohe Beschichtungsqualit\u00e4t und damit f\u00fcr einen minimierten Aufwand an energie-, material- und personalintensiver Nacharbeit dar.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm ersten Arbeitsschritt werden neue Techniken zur betriebssicheren Erzeugung gepulster Hochspannung mit rechteck\u00e4hnlicher Signalform im Bereich ? 20 Hz bereitgestellt und erprobt. Dar\u00fcber hinaus wird das eingesetzte elektrostatische Hochrotationszerst\u00e4ubersystem hinsichtlich des optionalen Betriebs mit gepulstem Lack- und Lenkluftaussto\u00df weiterentwickelt.
\nIm zweiten Arbeitsschritt wird ein systematisches Lackierversuchsprogramm entwickelt und abgearbeitet. Bei den Versuchen wird mit dem weiterentwickelten Beschichtungssystem ein wei\u00dfer Automobil-Wasserbasislack verspr\u00fcht. Zur Darstellung eines repr\u00e4sentativen komplexen Bauteils wird ein Modellwerkst\u00fcck mit V-f\u00f6rmiger Vertiefung entwickelt. Damit l\u00e4sst sich bei der elektrostatischen Lackabschei-dung der Einfluss des Faraday-Effekts auf die Schichtdickenverteilung erfassen.
\nIm dritten Arbeitsschritt werden aussagef\u00e4hige Kriterien zur Auswertung der Beschichtungsversuche hin-sichtlich des Einflusses von Applikationsparameterkombinationen auf die Materialeffizienz und die Gleichm\u00e4\u00dfigkeit der Schichtdickenverteilung erarbeitet. Als geeignete Kennzahlen werden f\u00fcr die Materialeffizienz das Fl\u00e4chenintegral unter der Schichtdickenkurve und f\u00fcr die Beschichtungsgleichm\u00e4\u00dfigkeit die relative Standardabweichung der Schichtdickenverteilung definiert. Zur Gesamtbewertung der mit den Parameterkombinationen erzielten Beschichtungsergebnisse werden die Kennzahlen in Korrelationsdiagrammen dargestellt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die neuen Techniken zur betriebssicheren Erzeugung gepulster Hochspannung mit rechteck\u00e4hnlicher Signalform sowie zum Betrieb des elektrostatischen Hochrotations-Spr\u00fchsystems mit gepulstem Lack- und Lenkluftaussto\u00df bieten bisher nicht vorhandene M\u00f6glichkeiten zur Steuerung des elektrischen Feldes und der Lacktr\u00f6pfchenladung sowie der Luftstr\u00f6mung zwischen Zerst\u00e4uber und Werkst\u00fcck. Das weiterentwickelte Beschichtungssystem bietet zudem erstmalig die M\u00f6glichkeit sowohl zum Betrieb mit alleiniger Pulsation der Hochspannung als auch zum Betrieb mit Kombinationen aus gepulster Hochspannung und gepulster Lackdosierung sowie mit Kombinationen aus gepulster Hochspannung und gepulster Lenkluft. Das umfangreiche Beschichtungsversuchsprogramm ergab zusammengefasst folgende wichtigsten Ergebnisse:
\nIm Bereich der V-f\u00f6rmigen Vertiefung des Modellwerkst\u00fccks (Faraday-K\u00e4fig) bringt die Kombination der mit rechteck\u00e4hnlicher Signalform im Bereich ? 20 Hz gepulster Hochspannung mit einem ausreichend hohen Lenkluftvolumenstrom gegen\u00fcber dem Betrieb mit Gleichspannung eine signifikante Verbesserung der Beschichtungsgleichm\u00e4\u00dfigkeit bei einer im gleichen Bereich liegenden Materialeffizienz.
\n\tDie Pulsation der Lackdosierung f\u00fchrt in der V-f\u00f6rmigen Vertiefung des Modellwerkst\u00fccks in Verbin-dung sowohl mit Gleichspannung als auch mit gepulster Hochspannung zu keiner signifikanten Verbesserung der Beschichtungsgleichm\u00e4\u00dfigkeit und der Materialeffizienz. Auch bei einer Entkoppelung der Pulssignale von Hochspannung und Lackdosierung treten keine signifikanten Verbesserungen auf.
\n\tDie Pulsation des Lenkluftvolumenstroms wird im Rahmen des Beschichtungsversuchsprogramms in Form eines sich periodisch abwechselnden geringen und hohen Lenkluftvolumenstroms dargestellt. Die Lenkluftpulsation erweist sich bei der Beschichtung des Faraday-K\u00e4figs als besonders effektiv hinsichtlich der Beschichtungsgleichm\u00e4\u00dfigkeit und der Materialeffizienz, wenn die gepulste Lenkluft mit relativ geringer Gleichspannung statt mit gepulster Hochspannung kombiniert wird.
\n\tIn zuk\u00fcnftigen Untersuchungen ist zu kl\u00e4ren, inwieweit die mit steigender Frequenz der gepulsten Lenkluft zu beobachtende turbulente Str\u00f6mung im Spr\u00fchstrahl sich negativ auf die Reproduzierbarkeit des Beschichtungsergebnisses auswirken kann.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Der Einsatz gepulster Hochspannung bzw. gepulster Lenkluft zeigt bei der Beschichtung von komplexen Werkst\u00fccken mit Vertiefungen (Faraday-K\u00e4figen) Vorteile, wobei in weiterf\u00fchrenden Untersuchungen die weiteren Optimierungspotenziale insbesondere im Bereich des gepulsten Lenkluftvolumenstroms erschlossen werden sollten. In diesem Zusammenhang besteht zudem erheblicher Bedarf an weiterf\u00fchrenden Grundlagenuntersuchungen zur Auswirkung der gepulsten Hochspannung und der gepulsten Lenkluftstr\u00f6mung auf die Lackaufladung und Lackzerst\u00e4ubung sowie auf die Tr\u00f6pfchenflugbahnen zum Werkst\u00fcck. Dazu sind sowohl numerische Simulationen als auch experimentelle Untersuchungen erforderlich. Hierbei spielt auch die Wahl des Zerst\u00e4ubersystems eine wichtige Rolle. Bei den Versuchen im Rahmen des Vorhabens wurde ein System mit Leitungsaufladung verwendet. Beim Einsatz gepulster Hochspannung k\u00f6nnten sich Hochrotationsglockenspr\u00fchsysteme mit Ionisationsaufladung als vorteilhaft erweisen. Diese Systeme bieten die M\u00f6glichkeit einer st\u00e4rkeren Einflussnahme auf die Raumladung, der bez\u00fcglich elektrostatischer Effekte eine gro\u00dfe Bedeutung zukommt.
\nZiel der weiterf\u00fchrenden Arbeiten ist es, die elektrostatische Lackierung noch effizienter und flexibler zu gestalten und damit die Akzeptanz und Anwendungsbreite dieses Verfahrens signifikant zu erweitern.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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