Spritzreinigung nach dem Vorbild des Schützenfischs - BionicJet

FORSCHUNGSPROJEKT

Herausforderung

  • Verkürzung von Taktzeiten in der industriellen Reinigung durch Reduktion der Reinigungszeit
  • Erhöhung der mechanischen Reinigungswirkung bei niedrigen Betriebsdrücken und schwer zu reinigenden Verschmutzungen
  • Möglichkeit der gezielten Reinigung kritischer Bereiche
  • Einsparung von Ressourcen, z.B. Zeit, Wasser, Chemie und Energie

Forschungsergebnis

  • Anwendung des Hammerstrahleffektes
  • Erzeugung der Kraftwirkung auf die Oberfläche infolge eines hohen Impulses durch dynamische Beschleunigung und Volumenkonzentration der Reinigungsflüssigkeit
  • Nutzung eines neuartigen Verfahrens zur Volumenkonzentration in Flüssigkeitsstrahlen nach Vorbild des Schützenfischs
  • Demonstrator zur Anwendung in Kombination mit Reinigungsrobotern

 

Nutzen

  • Nachrüstung bestehender Reinigungssysteme mit dem Schützenfischprinzip
  • Erhöhung der Reinigungskraft von Flüssigkeitsstrahlen bei gleichem Reinigungsmittelverbrauch
  • Vergrößerung der gereinigten Fläche als beim Einsatz von kontinuierlichen Flüssigkeitsstrahlen
  • Verbesserung der Reinigung durch Wechselbelastung
  • Abflussmöglichkeit des Flüssigkeitsfilmes führt zu einer geringeren Dämpfung beim Flüssigkeitsaufprall auf der Oberfläche
  • Schonende Reinigung der Oberflächen durch kurzzeitige Kraftspitzen  

 

Von 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.

Der Schützenfisch nutzt die Bündelung des Wasserstrahls zur Impulserhöhung bei der Jagd

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.

Die Anwendung des Hammerstrahlffektes erhöht die mechanische Reinigungswirkung

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.

 

3. - 5. November FutureClean 2020

Experten stellen Trends der Reinigungstechnologie vor, geben Einblicke in  Forschungsvorhaben und diskutieren mit Teilnehmenden die Herausforderungen der I4.0

Unser Technikum für Prozessanalysen und Reinigungstechnologien