07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik

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    Methodik zur Produktionsgestaltung einer vollflächigen und endmaßnahen galvanischen Beschichtung von tribokorrosiv belasteten rotationssymmetrischen Bauteilen
    (Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2021) Schwanzer, Peter; Bauernhansl, Thomas (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)
    Bei hochkorrosiven Umgebungen wie Meerwasser und besonderen Anforderungen wie dem Verzicht von Dichtungen genügen bekannte konventionelle Schichten und auch deren Herstellungsverfahren nicht den Anforderungen. Neue galvanische Schichten stellen eine potenzielle Lösung dar. Neben dem Schichtsystem ist auch die Anlagentechnik für die Schichtabscheidung von signifikanter Bedeutung. Die Beschichtung muss sowohl endmaßnah als auch fehlstellenfrei, d. h. ohne die bei elektrochemischen Verfahren notwendigen Kontaktpunkte, erzeugt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Forschungsfragen untersucht: Können geometrisch anspruchsvoll geformte rotationssymmetrische Bauteile vollflächig, d. h. ohne Kontaktstellen, und endmaßnah galvanisch beschichtet werden? Wie kann eine Methodik für die Entwicklung einer geeigneten Anlagen- und Vorrichtungstechnik für die galvanische Beschichtung von hochbelasteten, rotationssymmetrischen Bauteilen gestaltet sein? Es wurde eine für die Galvanotechnik angepasste generische Methodik für die Entwicklung von Anlagen mit besonderen Anforderungen erstellt. Diese wurde für die konkrete Problemstellung instanziiert. Für die beiden Hauptanforderungen der kontaktstellenfreien und endmaßnahen Beschichtung wurden zwei Detailmethodiken für die konkrete Bearbeitung entwickelt. Hierbei ist die Zusammenführung der interdisziplinären Aufgabenstellungen aus Maschinenbau, (Elektro-) Chemie und Physik entscheidend. Anhand der vorliegenden Anforderungen wurde die instanziierte Methodik für ein Fallbeispiel zur Beschichtung von Wälzlagerringen durchgeführt. Die identifizierten Lösungen wurden in einer Prototypanlage mit einer neuartigen Vorrichtung umgesetzt. Anhand dieses umgesetzten Prototyps wurde die Anforderungserfüllung experimentell durch die Beschichtung von Wälzlagerringen überprüft.
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    Lackfilm-Strukturbildung bei der Spritzlackier-Applikation
    (2013) Hager, Christian; Westkämper, Engelbert (Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)
    Neben Farbe und Glanz ist für die Charakterisierung der optischen Qualität einer Lackierung die Oberflächenstruktur ein entscheidendes Qualitätsmerkmal. In den vergangen Jahren hat sich im industriellen Umfeld für die Beschreibung der Oberflächenstruktur eine Einteilung in Strukturanteile von fünf Wellenlängenbereichen Wa (0.1 bis 0.3 mm), Wb (0.3 bis 1 mm), Wc (1 bis 3 mm), Wd (3 bis 10 mm) und We (10 bis 30 mm) etabliert. Da es beim Spritzlackieren eine hohe Anzahl an Einflüssen auf die Entstehung der Oberflächenstruktur gibt, wie z. B. die Zerstäubungsfeinheit des Lacksprays, die Untergrundstruktur oder die Lage der zu beschichtenden Fläche (horizontal/vertikal), weisen Lackierungen nach der Trocknung und Härtung oftmals deutlich unterschiedliche Oberflächenstrukturen auf. Die Lackierungen haben dadurch ein unterschiedliches optisches Erscheinungsbild, wodurch die Vermarktungsfähigkeit hochwertige Produkte nicht gegeben ist. In aufwendigen Optimierungsversuchen wird versucht durch empirische Anpassungen der Prozessparameter eine akzeptable Oberflächenstruktur zu erzeugen. In vielen Fällen können die gewünschten Oberflächenstrukturen jedoch nur durch kostenintensive Schleif- und Polierprozesse sowie Mehrfachlackierungen erreicht werden. Es fehlte eine modellbasierte Anpassung von Prozessparametern, um gezielt die Oberflächenstruktur einer Lackierung optimieren zu können. Die Vision ist eine automatisierte Regelung der Lackierprozessparameter, mit Hilfe derer auf unterschiedlich strukturierten Substraten und unabhängig von der Lage einzelne Strukturanteile der Wellenlängenbereiche Wa bis We gezielt verringert oder verstärkt werden können, um somit eine bestimmte und homogene Oberflächenstruktur zu erzeugen. Mit dieser Arbeit wird ein geschlossenes 3D-Modell bereitgestellt, welches die Hauptmechanismen der Lackfilm-Oberflächenstrukturbildung beinhaltet. Durch numerische Untersuchungen mit dem ebenfalls im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Simulationsprogrammes konnte zusätzlich ein tieferes Prozessverständnis für die Oberflächenstrukturbildung bei der Spritzlackierung erarbeitet werden. Es konnten die unterschiedlichen Einflüsse der verschiedenen strukturbildenden Mechanismen tabellarisch zusammengefasst werden und daraus Ableitungen für eine gezielte Optimierung von Prozessparametern gewonnen werden. Das 3D-Modell und die Ergebnisse aus den numerischen Untersuchungen konnten erfolgreich auf einen realen Beschichtungsversuch angewandt werden. Durch diese Arbeit ist es nun erstmals möglich, gezielt modellbasierte Optimierungen beim Spritzlackierprozesses hinsichtlich der Oberflächenstrukturbildung durchzuführen.