Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
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Trocknung eines Elektromotors
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Lacktrocknung eines Elektromotors. Ofen, Trocknen, Elektromotor.

Lacktrocknung in der Automobilindustrie

Die meisten Industrieprodukte werden lackiert, um eine hohe Lebensdauer zu gewährleisten. Dabei sollte der Lack möglichst gleichmäßig sein. Hierbei spielt der Trocknungsprozess eine entscheidende Rolle. Durch optimale Prozess-Steuerung wird die Qualität der Lackierung verbessert und der Energieverbrauch gesenkt. Im Bild: Trocknung eines Elektromotors.

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Optimierung von Lacktrocknungsprozessen
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Optimierung von Lacktrocknungsprozessen

Mehrkriterieller Optimierungsansatz

Da die Qualität der Lackschicht im Wesentlichen von der Prozessdauer und der Temperatur abhängt, konkurriert sie zur Forderung nach einem möglichst geringen Energieverbrauch. Aus diesem Grund wird ein mehrkriterieller Optimierungsansatz angewendet.

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Optimierung von Trocknungsprozessen

Wärmehaushalt elektronischer Systeme multikriteriell optimieren

In Elektronikbauteilen und Computerprozessoren entsteht durch den elektrischen Leitwiderstand während des Betriebs Wärme. Je nach Rechenleistung können die Komponenten sehr heiß werden, dies führt im schlimmsten Fall zu Fehlfunktionen oder zur Zerstörung der Bauteile. Wir entwickeln für die Industrie Prozessoren, die für ausreichend Kühlung sorgen.

 

Unsere Algorithmen übertreffen die Evolutionsverfahren

Passive Kühlungen leiten Wärme von Computerprozessoren entlang von Lamellen an die Luft. Die Wahl der Lamellen, ihre Dicke, Höhe und Abstand beeinflussen Temperatur und Luftverhalten, welche beim Kühlen entstehen. Unsere Algorithmen berechnen die besten Geometrien passiver Kühlungen schnell und akkurat. Im Vergleich zu den gängigen evolutionsgetriebenen Methoden ist das Ergebnis bis zu zehn Mal so gut.

Von Elektronik über Papierherstellung bis hin zu Lackierungen von Autoteilen, alle CAD-modellierten Probleme eignen sich für eine Optimierung. Sandwiching-Algorithmen lösen besonders gut konvexe Probleme. Hyperboxing-Methoden sind etwas langsamer, dafür berechnen sie die besten Kompromisse auch im nichtkonvexen Fall. Vereinfachungen von Modellen helfen uns schneller das Optimum zu erreichen. Wir entwickeln unsere Algorithmen stetig weiter und passen sie neuen Problemen gegebenenfalls an.
 

Lacktrocknungsprozesse optimieren – Wärmeaustausch berechnen

Die meisten Industrieprodukte werden, unabhängig vom Material, lackiert, um eine hohe Lebensdauer zu gewährleisten. Damit der Schutz richtig wirken kann, sollte der Lack möglichst gleichmäßig sein. Hierbei spielt der Trocknungsprozess eine entscheidende Rolle. Durch optimale Steuerung dieses Prozesses, verbessern wir auf der einen Seite die Qualität der Lackierung und senken andererseits gleichzeitig den Energieverbrauch

Im ersten Schritt werden die physikalischen Vorgänge im verwendeten Trocknungsofen simuliert. Dazu wird die Wärmestrahlung der Lampen, die Luftströmung im Ofen und die Wärmeleitung in der Lackschicht bzw. auf der Oberfläche nachgebildet. Die Optimierung verwendet anschließend diese Simulation um eine optimale Steuerung der Lampen zu berechnen.

Da die Qualität der Lackschicht im Wesentlichen von der Prozessdauer und der Temperatur abhängt, konkurriert sie zur Forderung nach einem möglichst geringen Energieverbrauch. Aus diesem Grund wird ein mehrkriterieller Optimierungsansatz angewendet. Die so erhaltenen Lösungen werden anschließend in einer Entscheidungsunterstützungssoftware zur Bewertung graphisch dargestellt.

Simulation des Luftstromverhaltens und der Wärmeverteilung
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Simulation des Luftstromverhaltens und der Wärmeverteilung

Autoindustrie aufgepasst – Kühlprozesse optimieren

Die Optimierung von Lacktrocknungsprozessen in der Autoindustrie ist unser nächstes Ziel. Temperatur, Luftströmung und Position lackierter Autoteile verändern den Trocknungsprozess in einem Lackierofen. Wir optimieren diesen Vorgang bezüglich der Temperaturverteilung und des Energieverbrauchs ohne dabei Qualität einzubüßen.

Unser Kooperationspartner, das Fraunhofer-Chalmers Research Centre for Industrial Mathematics FCC in Schweden, hat ein Simulationsverfahren entwickelt. Der IPS IBOFlow kann viele industrielle Prozesse darstellen und automatisiert analysieren. Damit berechnen wir den Wärmeaustausch und die Strömungsdynamiken von Kühlungen.

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