Diese Arbeit wurde auf dem Jahrestreffen der DECHEMA/VDI-Fachgruppen Mehrphasenströmungen, Agglomerations- und Schüttguttechnik und Computational Fluid Dynamics vorgestellt, das vom 16. bis 18. März 2026 an der TU Dresden stattfand. Der Beitrag befasst sich mit der optischen Charakterisierung dynamischer Lacktropfen im Flug und stellt ein neues Verfahren zur Überwachung der Zusammensetzung von Tropfen in einem Lackspray während des Beschichtungsprozesses vor.
https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/ifvu/tpg/forschung/workshop
Die Qualität einer Beschichtung hängt stark von den Eigenschaften der bei der Zerstäubung entstehenden Tropfen ab. Diese dynamischen Lacktropfen beeinflussen Homogenität, Farbton, Transparenz und Oberflächenstruktur der fertigen Beschichtung. Ein zuverlässiges Verfahren zur Analyse einzelner Tropfen im Flug kann daher wertvolle Informationen für das Monitoring von Beschichtungsprozessen und die Qualitätskontrolle liefern.
Optische Analyse von Lacktropfen im Flug
Moderne Beschichtungsprozesse sind hochgradig automatisiert. Dennoch besteht weiterhin ein großer Bedarf an Messverfahren, die die Zusammensetzung einzelner Lacktropfen überwachen können, bevor diese das Substrat erreichen.
Das vorgestellte Verfahren nutzt zeitaufgelöste Lichtstreusignale dynamischer Lacktropfen. Durchquert ein Lacktropfen einen geformten Lichtstrahl, erfassen zwei oder mehr Detektoren das Streulicht. Reihenfolge, Struktur und Form dieser Signale enthalten Informationen über das optische Verhalten des Tropfens.
Dadurch lassen sich Lacktropfen als semitransparent oder nicht transparent klassifizieren. Durch die statistische Auswertung vieler Tropfenereignisse kann das Verfahren den relativen Anteil semitransparenter Tropfen im Lackspray bestimmen.
SprayQuantAI® für die Lackspray-Diagnostik
Das Verfahren ist mit SprayQuantAI® verbunden, einem KI-gestützten optischen Auswertekonzept für Spray-Monitoring und die Analyse dynamischer Tropfen. In dieser Arbeit unterstützt SprayQuantAI® die Charakterisierung von Lacktropfen durch die Analyse ihrer zeitaufgelösten Lichtstreusignale.
Dieser Ansatz erweitert die klassische Tropfenmessung. Er beschränkt sich nicht auf Tropfengröße oder -geschwindigkeit, sondern liefert auch Informationen über Zusammensetzung und Transparenz der Tropfen. Dies ist besonders wichtig für komplexe Beschichtungsstoffe, Lackmischungen und das Monitoring industrieller Beschichtungsprozesse.
Korrelation mit der Lackzusammensetzung
Die experimentelle Validierung erfolgte mit Lacktropfen aus Materialien mit unterschiedlichen Gewichtsverhältnissen zwischen Basislack und Lackkonzentrat. Die Tropfen wurden nach ihrem Transparenzgrad klassifiziert und gezählt.
Die Ergebnisse zeigen eine klare Korrelation zwischen dem Mischungsverhältnis des Lacks und dem relativen Anteil semitransparenter Lacktropfen. Mit steigendem Anteil an Lackkonzentrat nimmt die Zahl semitransparenter Tropfen ab.
Dies bestätigt, dass die optische Analyse eines Lacksprays quantitative Informationen über die Zusammensetzung dynamischer Lacktropfen liefern kann. Damit eröffnet das Verfahren einen neuen Weg zur Überwachung des Materialverhaltens im Beschichtungsprozess.
Relevanz für industrielle Beschichtungsprozesse
Das vorgestellte Verfahren kann Prozessentwicklung, Materialcharakterisierung, Lackformulierung und Qualitätssicherung in der Beschichtungstechnik unterstützen. Es hilft Anwendern zu verstehen, wie Änderungen der Lackzusammensetzung das Tropfenverhalten bei der Zerstäubung beeinflussen.
In industriellen Anwendungen können diese Informationen ein Prozessmonitoring in Echtzeit unterstützen. Sie können außerdem helfen, Materialänderungen zu erkennen, die Stabilität der Beschichtung zu verbessern und Fehler in der fertigen Oberfläche zu reduzieren.
Anwendungspotenzial
Die Lackspray-Charakterisierung ist relevant für die Automobillackierung, Oberflächenbeschichtung, industrielle Spritzlackierung und die Entwicklung neuer Beschichtungsstoffe. Das Verfahren kann zudem die Forschung zu semitransparenten Lackpartikeln, pigmentbeladenen Tropfen und komplexen Flüssigkeitssprays unterstützen.
Durch die Kombination optischer Lichtstreuanalyse mit SprayQuantAI® schafft diese Arbeit einen neuen Ansatz für eine materialsensitive Spraydiagnostik. Sie zeigt, wie einzelne Tropfen in einem Lackspray direkte Informationen über den Beschichtungsprozess liefern können, bevor das Material die Oberfläche erreicht.
