Rückstandsfreie Restentleerung von Mischanlagen durch den Einsatz von Ultraschallschwingungen

Industrielle Mischanlagen trocken zu reinigen ist mühsam und aufwändig. Dies gilt insbesondere bei feinen Mischgütern, die unzureichend von den Anlagenoberflächen abfließen. Durch die Anregung der Anlagenoberflächen mit Ultraschallschwingungen kommt es zur Reibungsreduktion zwischen den Mischgütern und den Anlagenoberflächen. Dadurch wird das Abfließverhalten verbessert, da Partikelrückstände in Bewegung versetzt werden, die ansonsten auf den Anlagenoberflächen verharren.

Zur Untersuchung der Wirkung des Ultraschalls auf die Partikelbewegung wurde ein einfacher plattenförmiger Versuchsträger verwendet. Die Wirkung ist anhand des Ergebnisses eines Fließexperiments in Abbildung 1 dargestellt. Es ist erkennbar, dass die Partikel durch die Ultraschallschwingungen weitgehen entfernt werden und nur in wenigen Bereichen der Oberfläche verharren. Dies ist auf die hier angeregten stehenden Wellen mit ihren Schwingungsknoten – bei denen die Schwingungsamplituden gleich null sind – zurückzuführen. Daher reichen in der Nähe der Schwingungsknoten die Oberflächenbewegungen nicht aus, um die Partikelrückstände in ausreichende Bewegung zu versetzten.

Um dieses Problem zu vermeiden, wird unter anderem eine multiresonante Anregung als Lösungsansatz erforscht. Hierbei werden mehrere Schwingungsformen gleichzeitig angeregt, wodurch das Entstehen von Schwingungsknoten weitestgehend vermieden wird. Dies wird in Abbildung 2 deutlich. Hier ist das Ergebnis einer multiresonanten Anregung mit der einer monoresonanten Anregung gegenübergestellt. Die multiresonante Anregung erzielt das bessere Reinigungsergebnis. Um das Ergebnis weiter zu verbessern werden weitere Forschungen durchgeführt.

Im nächsten Schritt wird die Ultraschallanregung von dem einfachen Testaufbau auf eine große Mischanlage (Abbildung 3) übertragen. Dies beinhaltet einige Herausforderungen. Die Anregung der großen Mischanlage ist im Vergleich zum plattenförmigen Versuchsträger schwieriger, da der Energiefluss aufgrund der Geometrie kompliziert ist. Aufgrund der vielen einzelnen Komponenten der Mischanlage mit ihren vielfältigen Verbindungen existieren verschiedenste Dämpfungsmechanismen, die die Schwingungsausbreitung vermindern. Diese Effekte müssen für die Auslegung der Ultraschallanregung der Mischanlage berücksichtigt werden.