Virtuelle Düsenentwicklung

Die Spritzreinigung von Oberflächen mit filmischen Verschmutzungen ist eine Standardaufgabe in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie. Verbesserungen am Reinigungssystem führen zur Einsparung an Reinigungskosten durch verkürzte Stillstandszeiten und verringerte Aufwendungen für die Reinigungsmittelaufbereitung sowie -entsorgung. Einen Beitrag dazu soll das Projekt leisten, indem durch Virtual Engineering ein grundlegend neuartiger Ansatz für die konstruktive Auslegung effizienzoptimierter Spritzreinigungsdüsen entwickelt wird. Die geplante virtuelle Düsenauslegung und Düsenoptimierung ermöglicht es künftig, Reinigungsdüsen zweckspezifisch und systematisch auszulegen, sodass schon vorab eine fast unbegrenzte Zahl an Veränderungen der Düsengeometrie virtuell und mit überschaubarem Aufwand getestet werden kann. Das hat signifikant positiven Einfluss auf die Qualität der Optimierung und folglich auf die Reinigungseffizienz der Düsen.

Aufgrund der komplexen Wirkzusammenhänge beschränkt sich das Vorhaben auf das System Düse-Freistrahl-Oberfläche. In diesem abgeschlossenen System prallt der über die Düse ausgebrachte Spritzstrahl auf die zu reinigende Oberfläche. Dabei kommt es zu fluiddynamischen Effekten infolge des Impulsaustauschs des Freistrahls mit der Oberfläche bzw. Verschmutzung. Dieser Prozess induziert Kräfte, welche in der Verschmutzungsschicht Spannungen erzeugen. Erreichen diese eine anwendungsspezifische Größe, erfolgt eine nachhaltige Schädigung mit daraus resultierendem Abtrag der Verschmutzung. Um den bei dieser Betrachtungsweise aufgeworfenen wissenschaftlich-technischen Herausforderungen in geeigneter Weise zu begegnen, soll die grundsätzliche Idee des aus der Mechanik bekannten Mohrschen Spannungskreises auf das Reinigungsverhalten von Verschmutzungsfilmen übertragen werden. Zusammen mit wohlfundierten strömungsmechanischen Bilanzgleichungen bildet dies eine tragfähige Grundlage für das geplante Virtual Engineering wirkungsoptimierter Niederdruckspritzdüsen.