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Beschichtung hochwertiger Karosserieoberflächen mit Pulver-Slurry
(2003) Weckerle, Gero; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)
Die Beschichtung von Karosserieaußenflächen erfolgt heute vorwiegend durch elektrostatisch unterstützte Hochrotationszerstäuber (ESTA-HR) an Lackierautomaten, die zunehmend durch Lackierroboter ersetzt werden. Dieser technologische Wandel basiert auf den Qualitäts- und Kostenvorteilen, die sich beim Einsatz der Roboter ergeben. So kann beispielsweise durch die höhere Flexibilität der Bewegung die Zahl der erforderlichen Zerstäuber pro Lackierzone deutlich reduziert werden. Um dennoch die geforderten Taktzeiten zu erreichen, werden aber immer höhere Durchflussmengen mit den Hochrotationszerstäubern verarbeitet, wodurch die bisherigen Zerstäubersysteme zunehmend an Verarbeitungsgrenzen stoßen. Neben der Ausbildung eines homogenen Strömungsfeldes hinsichtlich Schichtdickenverteilung und Strahlstabilität sowie der Reduzierung der Eigenverschmutzung des Zerstäubers ist vor allem die erzielbare Zerstäubungsfeinheit bei Steigerung des Lackvolumenstromes eine Fragestellung zukünftiger Weiterentwicklungen. Hinzu kommt der Einsatz neuer und umweltfreundlicherer Lacksysteme, die die Prozessfenster zusätzlich einschränken und so zu erhöhten Anforderungen an die Anlagen- und Applikationstechnik führen. Das Klarlackmaterial Pulver-Slurry, ein in Wasser dispergierter Pulverlack, repräsentiert solch ein völlig neues Materialkonzept, das mit der bisherigen Applikationstechnik verarbeitet wird. Die Weiterentwicklung und Optimierung von Hochrotationszerstäubern an diese Rahmenbedingungen erfordert jedoch das grundlegende Verständnis der ablaufenden physikalischen Vorgänge. Ziel dieser Arbeit ist es daher, durch systematische Untersuchungen die Grundlagen für dieses Verständnis zu schaffen. In der hier vorliegenden Arbeit wird das rheologische Verhalten von Lackmaterialen unter den im Lackierprozess vorliegenden Randbedingungen untersucht und vorgestellt. Hierfür wird der Lackierprozess systematisch in Teilprozesse zerlegt, um die physikalischen Randbedingungen zu definieren. Durch die Bestimmung der auf das Material einwirkenden Kräfte kann das Fließverhalten der Lacke bestimmt werden. Beginnend mit der Filmströmung auf dem Glockenteller werden so die aufeinanderfolgenden Prozessschritte bis hin zum Filmverlauf auf dem Substrat charakterisiert. Mit den entwickelten Versuchs- und Messanordnungen können die aufgestellten Modelle und durchgeführten Berechnungen verifiziert werden. Dabei zeigt sich eine gute Übereinstimmung zwischen theoretischer Betrachtung und Versuch. So können die rheologischen Eigenschaften von Pulver-Slurry für jeden Abschnitt des Gesamtprozesses dargestellt werden. Durch gleichzeitige Betrachtung eines Metallic-Wasserbasislackes und Wasser wird das Spektrum der zu bewertenden rheologischen Eigenschaften erweitert, und die Methodik an weiteren Fluiden verifiziert. Mit den in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnissen ist der Zusammenhang zwischen den grundlegenden viskoelastischen Eigenschaften und dem Zerstäubungsverhalten bzw. dem Applikationsergebnis hergestellt. Zudem wird wichtiges Grundlagenwissen zu den Teilschritten der Lackapplikation bereitgestellt, das nun als Eingangsdaten für Simulationsrechnungen eingesetzt werden kann, und zudem die technischen Anforderungen an zukünftige Zerstäubergenerationen liefert.