CAUSC

Cavitation and Ultra-Sonic Cleaning

Ultraschall Reinigungsanlagen bieten die Möglichkeit, auch kleine Verunreinigungen schonend zu reinigen. Hierzu werden mittels Ultraschall Schwingungserzeuger an oder in Flüssigkeitsbädern angebracht, die mit Frequenzen zwischen 20kHz und >50 kHz stehende Wellen im Reinigungsbehälter und entsprechend an den Oberflächen der zu reinigenden Bauteilen erzeugen. Der Phasenwechsel der stehenden Wellen führt zu einem lokal variierendem Druckfeld, wobei je nach Intensität/Amplitude Gasbläschen oder auch Dampfbläschen periodisch angeregt werden. Diese wachsen im Idealfall auf eine kontrollierte Maximalgröße an und kollabieren gezielt in Bauteilnähe. Die dabei entstehenden Druck- und Scherkräfte ermöglichen eine besonders intensive Reinigung der Bauteiloberflächen, sofern die Frequenzen der Ultraschall Emitter mit der Strukturgröße der zu reinigenden Oberflächen kompatibel sind. Das Ziel ist eine möglichst gleichförmige, schonende Reinigung der Bauteiloberfläche in vorhersagbarer Zeit bei gegebenen Parametern (Intensität und Frequenz der Schallerzeugung, Positionierung der zu reinigen Bauteile, Größe und Bauform des Reinigungsbeckens, Wahl der Reinigungsflüssigkeit und Umgebungsbedingungen Druck und Temperatur). Hierzu sollen im Rahmen des Forschungsvorhabens zunächst alle relevanten Einzelaspekte und assoziierte Phänomene identifiziert und anhand vereinfachter Konfigurationen untersucht und bewertet werden. Langfristig soll eine Simulationsmethodik erarbeitet werden, die die zu erwartende Reinigungsqualität unter gegebenen Bedingungen hinreichend präzise vorhersagbar und optimierbar gestaltet.

Ergebnisse

Simulation des Kollapses von Blasen über einer Wand mit Lagrangeschen Feststoffteilchen zur Abschätzung des Reinigungspotenzials

Euler-Lagrange-Simulation der akustischen Aktivierung einer Dampf-Gas-Blase

Leitung des Forschungsprojekts

Nikolaus A. Adams
Brett Rosenthal

Forschende

Steffen Schmidt
Yu Jiao
Deniz Bezgin
Oliver Messe