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Optimierung der Pulverlackapplikation durch Anwendung experimenteller und numerischer Untersuchungsverfahren
(2006) Pulli, Karlheinz; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult).
Für einen zunehmenden Einsatz der Pulverbeschichtungstechnologie müssen die komplexen Zusammenhänge bei der Pulverapplikation, insbesondere die der Partikelgrößenverteilung, und deren Auswirkungen verstanden werden. Dazu mussten im ersten Schritt neue Messverfahren entwickelt werden, um die Problematik sichtbar zu machen und im nächsten Schritt diese dann zu lösen. Dazu zählen: die Überwachung der Prozesssteuergrößen (Pulvermassenstrom, Partikelgrößenspektrum, Elektrostatik, Luftströmung und Klima), die Ent-wicklung eines neuen Testverfahrens für Pulversprühorgane, die Entwicklung einer Simulationsmethode zur Vorhersage des Kreislaufverhaltens (KAP-Sim-Verfahren), der Einsatz eines neu entwickelten Ladungsspektrometers für Pulverlacke. Mit Hilfe dieser Messverfahren wurden bei den experimentellen Untersuchungen folgende Prozessparameter der Pulverbeschichtung untersucht und optimiert: Partikelgrößenspektrum des Pulverlacks, Pulverlackrück-gewinnungsmethode und die Verteilerdüsen der Sprühorgane. Für die künftig vermehrte und vor allem effizientere Anwendung von Pulverlacksystemen werden vom Anwender u.a. flexiblere Pulversprühpistolen gefordert, d.h. Pulversprühpistolen, bei denen die Ausdehnung der Sprühwolke stufenlos formbar ist. Die vorliegende Arbeit zielte u.a. darauf ab, solche Pulversprühsysteme unter Anwendung aerodynamischer und elektrostatischer Lösungsansätze zu entwickeln und in Form von Pulversprühpistolen zu realisieren. Entwickelt wurden dabei zwei völlig unterschiedlichen Lösungen, die getrennt realisiert wurden. Auf elektrostatischem Gebiet wurde vor allem der Einfluss von Lenkelektroden untersucht, die sich besonders in Kombination mit einer reibungselektrischen Aufladung des Pulvers als wirksam erwiesen. Auf der anderen Seite konnte mit Hilfe der numerischen Strömungssimulation eine neuartige Pistole ausgelegt und optimiert werden, bei der die stufenlose Einstellung der Sprühwolke mittels zusätzlicher Steuerlüfte erfolgt. Die Simulation stellt somit künftig ein wichtiges Instrumentarium bei der Vorausberechnung komplexer Pulver-Beschichtungsprozesse dar. Bei Konzi-pierung solcher Systeme wird dabei vermehrt die Simulation eingesetzt. Damit verkürzt sich auch die Produktentwicklungszeit. Die Pulversprühpistole stellt dabei nur eine Komponente im Beschichtungsprozess dar. Künftig werden nicht nur einzelne Pulver-Applikatoren am Computer simuliert und entwickelt, sondern auch ganze Beschichtungsprozesse und -anlagen.