Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV
Tauchreinigung am Limit – Herausforderungen bei komplexen Geometrien
Die anforderungsgerechte Reinigung komplexer Bauteile sowie hartnäckiger Verschmutzungen ist entscheidend für die Produktqualität. Klassische Tauchreinigungsverfahren wie Ultraschall oder Druckumfluten stoßen hier an Grenzen: Ultraschall erreicht bei komplexen Geometrien oft nicht alle Oberflächen und Druckumfluten liefert nur begrenzte mechanische Wirkung. Für industrielle Anwender bedeutet dies längere Reinigungszeiten, erhöhten Energie- und Chemikalieneinsatz sowie eingeschränkte Prozesskontrolle.
Ziel des IGF-Projekts »CavClean« war es daher ein Verfahren zu entwickeln, das geometrieunabhängig eine hohe Reinigungswirkung bei reduziertem Ressourcenaufwand bietet und damit diese Einschränkungen überwindet.
Fokussierte Kavitationswirkung – Pistolenkrebs als Vorbild für effiziente Reinigung
Der Pistolenkrebs nutzt eine blitzschnelle Scherenbewegung, um einen Hochgeschwindigkeits-Wasserstrahl zu erzeugen, der beim Kollaps der entstehenden Kavitationsblase eine lokale Druckwelle auslöst. Dieses biologische Wirkprinzip – gezielter Impulseintrag durch kontrollierten Blasenkollaps – diente als Grundlage für die Entwicklung technischer Demonstratoren zur Erzeugung kavitierender Flüssigkeitsstrahlen in Tauchbecken.
Je nach Aufbau entstanden unterschiedliche Strahlformen und Volumina. Die besten Ergebnisse lieferte dabei ein Konzept, bei dem ein Kolben mit einem Hubmagneten beschleunigt wurde und auf diese Weise hohe Strömungsgeschwindigkeiten am Düsenausgang erzeugte. Auch hartnäckige Verschmutzungen ließen sich so schneller und effizienter entfernen als mit herkömmlichen Tauchreinigungsverfahren. Strömungsmechanische Untersuchungen zeigten aber auch, dass der zentrale Flüssigkeitsstrahl die Hauptreinigungswirkung liefert, während die Kavitation als verstärkender Nebeneffekt wirkt.
Kavitationskraft für industrielle Reinigungsprozesse – Potenzial und Perspektiven
Der Machbarkeitsnachweis hat gezeigt, dass Kavitationsstrahlen die Reinigungseffizienz und Prozesseffektivität deutlich steigern können. Einschränkungen bestehen allerdings bei tangential angeströmten Flächen oder tiefen Bohrungen, was unter anderem in weiteren Folgeprojekten adressiert wird. Die Erkenntnisse fließen nun in die nächste Entwicklungsphase ein, um gezielt die Impulsrichtung zu optimieren und somit auch schwer zugängliche Bereiche effektiv zu reinigen.
Perspektivisch ermöglicht der gleichzeitige Einsatz mehrerer Düsen eine höhere Anlagenleistung und eröffnet neue Produktlinien. Das Prinzip bietet zudem Potenzial für Anwendungen wie Entgraten, Entschichten oder Biofouling-Entfernung – ein breites Verwertungsspektrum für die Lebensmittel-, Pharma- und Kosmetikindustrie sowie industrielle Bauteilreinigung.
Projektinformationen
Kooperationspartner: |
TU Bergakademie Freiberg |
| Projektträger/Zuwendungsgeber: | Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages (über IVLV e.V.) |
| Förderkennzeichen: | 1IF22294N |