Für optimierte Trocknungsprozesse in der Automobillackierung kommen speziell entwickelte Trocknersimulationen zum Einsatz
Fraunhofer IPA
In der Automobillackierung spielen Trocknungsprozesse eine zentrale Rolle. Welche Ansprüche heute und in Zukunft an die Lacktrocknung gestellt werden, erläutert der folgende Beitrag.
Die Trocknungsprozesse beeinflussen die optischen und technologischen Eigenschaften der Lackschicht entscheidend und sind in der Autoserienlackierung teilweise mit hohen Prozesskosten verbunden. Bei einer ungünstigen oder falschen Prozessführung ergeben sich beim (Zwischen-) Trocknen Qualitätseinbußen und Lackierfehler in Form von Verlaufsstörungen, von Unter- und Übervernetzung der Lackschicht sowie von Blasen, Kratern und Kochern beziehungsweise Nadelstichen.
Daher müssen für die Erzielung einer hohen Qualität der Beschichtung nach dem Trocknungs- und Härtungsprozess nicht nur, wie in der Praxis häufig üblich, lediglich die Ofenkurven experimentell angepasst werden, sondern vielmehr eine ganze Reihe unterschiedlichster Einflussgrößen und Faktoren berücksichtigt werden.
Verschärfte Anforderungen an Trocknungsprozesse
Die neueren Entwicklungen der Substrat-Werkstoffe sowie deren Fertigungskonzepte stellen ebenso wie die neuen Lackmaterialien zusätzliche, verschärfte Herausforderungen an die zukünftigen Trocknungskonzepte. So müssen für eine betriebssichere Auslegung der Trocknung neuer KTL-Lacksysteme, Materialmixturen von Dämmmatten sowie der Trocknung von Kunststoffen und Metallen bestehende Trockner optimiert und für zukünftige Trocknergenerationen neue Technologien und Prozessführungen entwickelt werden. Ebenso erfordern die Gefahr des Bauteilverzugs sowie die Diskussion um neue Umwelt-Grenzwerte, Energieeffizienz und Nachhaltigkeit neue Denkanstöße in der gesamten Lackierbranche.
In der Entwicklung befinden sich bereits neue Niedrigtemperaturlacke, die bei unter 100 °C aushärten sollen. Eine mögliche Zielrichtung besteht in der weiteren Optimierung beziehungsweise Minimierung des Frischluftanteils im Teilumluftbetrieb. Darüber hinaus stehen für die Optimierung der Prozessführung diverse kommerzielle Strömungssimulationsprogramme und speziell entwickelte Trocknersimulationen zur Verfügung. Mit speziellen numerischen Simulationen zur Lacktrocknung können neben der Bauteilaufheizung auch die Stofftransportvorgänge der Verdunstung sowie Qualitätsmerkmale wie die Nadelstich-Flächendichte vorhergesagt werden.
Filmverlauf und Bauteilverzug berechnen
Mit numerischen Simulationen können der Filmverlauf sowie die Oberflächenstruktur oder der Bauteilverzug unter thermischer Belastung berechnet werden. Allerdings unterliegen die Genauigkeiten dieser Simulationen der Güte der gewählten physikalisch-mathematischen Modelle. Genauere Modelle verursachen in der Regel enorme, derzeit in der Praxis noch nicht akzeptable Rechenzeiten.
Erschwerend kommt hier, wie oben erwähnt, hinzu, dass die zur Berechnung benötigten lackspezifischen Materialeigenschaften, wie zum Beispiel binäre Diffusionskonstanten oder Wärmeleitfähigkeiten, größtenteils unbekannt sind und auch nicht direkt gemessen werden können. Die Frage nach der optimalen Prozessführung bei der Lacktrocknung ist und bleibt auch zukünftig eine echte Herausforderung.