Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVVVon der Natur lernen, Ressourcen schonen, effizient Reinigen
Wichtige Herausforderungen für Reinigungsprozesse sind die Verbesserung des Reinigungsergebnisses, die Verminderung des Ressourceneinsatzes und die Reduktion der Reinigungszeit. Beispiele sind die Verringerung von Taktzeiten in der industriellen Bauteil- und Elektronikreinigung sowie die Steigerung der Maschinenverfügbarkeit von Verarbeitungsmaschinen im Lebensmittelsektor.
Aufgrund dessen besteht das Ziel darin insbesondere Spritzreinigungsverfahren mittels Flüssigkeitsstrahl als branchenübergreifend wichtigste und häufigste Reinigungsverfahren hinsichtlich des Einsatzes von Zeit, Wasser, Chemie und Energie effizienter zu gestalten.
Bündelung des Wasserstrahls zur Impulserhöhung
Einen vielversprechenden Ansatz liefert die faszinierende Jagdstrategie des Schützenfisches, deren Anwendung im kürzlich gestarteten Forschungsprojekt BionicJet untersucht wird. Der Schützenfisch schießt mit Hilfe eines gezielt eingesetzten Spukstrahles Insekten von Blättern oberhalb der Wasseroberfläche, sodass diese ins Wasser fallen und erbeutet werden können. Um auf Distanzen bis zu 0,6 m mit einer Wasserladung genügend Impuls aufzubauen, formt der Fisch am Auftreffpunkt eine Art Wasserklumpen.
Dadurch wird eine größere Wassermenge pro Zeiteinheit gebündelt, die mit sehr hohem Impuls auf das Insekt trifft und es ins Wasser wirft. Der zugrundeliegende Mechanismus basiert auf der Erhöhung der Geschwindigkeit von Anfang zu Ende des Spukstrahles. Das Wasser, welches zu einem späteren Zeitpunkt gespukt wird, holt das Wasser, das das Fischmaul früher verlässt, ein und der Wasserklumpen formt sich. Diesen Vorgang passt der Schützenfisch auf die Distanz zu seiner Beute an, so dass die Wasseransammlung beim Erreichen des Insektes vollständig aufgebaut ist.
Das Prinzip der Volumenkonzentration über eine bestimmte Zeit bzw. Strahllänge infolge derer ein kurzer, aber intensiver Stoß auf das Zielobjekt wirkt, wird als Hammerstrahleffekt bezeichnet.
Erhöhung der mechanischen Reinigungswirkung durch Anwendung des Hammerstrahlffektes
Die Anwendung des Hammerstrahleffektes auf die Spritzreinigung besitzt enormes Potenzial zur Erhöhung der Reinigungsmechanik und infolgedessen zur Reduktion der Reinigungszeit oder des Reinigungsmittelverbrauches um 50-80%. Versuche zur technischen Machbarkeit ergaben eine mindestens 7,5-fach höhere Aufprallkraft infolge des neuartigen Hammerstrahl-Verfahrens gegenüber kontinuierlichen Flüssigkeitsstrahlen und eine 10-fach größere gereinigte Fläche.
Im Rahmen des Forschungsprojektes wird die verbesserte mechanische Reinigungswirkung validiert und ein Demonstrator zur Erzeugung hammerstrahl-modulierter Spritzstrahlen entwickelt. Das Vorhaben fokussiert als Schlüsselanwendung des Hammerstrahl-Prinzips die Anwendung in Kombination mit Reinigungsroboter. Diese werden branchenübergreifend z. B. in der industriellen Bauteilreinigung oder in Verbindung mit Lebensmittelverarbeitungsanlagen eingesetzt.