Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Zielsetzung des Projektes ist die Entwicklung eines umweltfreundlichen Verfahrens zur Bearbeitung metallischer Oberfl\u00e4chen mit Wasserstrahlen. Dieses wird mit einer hydraulischen Anlage realisiert. Es wird mit gepulsten Wasserstrahlen gearbeitet, womit eine Energie- und Kostenersparnis bez\u00fcglich der Hochdruckpumpen zu erwarten ist. Es werden keine chemischen Zusatzstoffe verwendet und das abgetragene Material kann sortenrein aus dem Strahlwasser herausgefiltert werden. Das Strahlwasser wird wieder verwendet; es entstehen geringere Wiederaufbereitungskosten. Aufgrund der gesamten Kostenreduktion k\u00f6nnte diese umweltfreundliche Oberfl\u00e4chenbearbeitung eine breite Umsetzung in der Industrie finden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt basiert auf Untersuchungen zur Erzeugung von hochenergetischen pulsierenden Wasserstrahlen. Diese k\u00f6nnen in sehr kurzer Zeit z. B. metallische Oberfl\u00e4chen aufrauen. Der Strahlzerfall in Tropfen wird durch das Anbringen von Resonanzkammern an der D\u00fcse erreicht. Der Wasserstrahl soll in sehr kurzer Zeit in gro\u00dfe Tropfen zerfallen, deren Aufschlag Erm\u00fcdungserscheinungen im Material der zu bearbeitenden Oberfl\u00e4che erzeugt. In einem ersten AiF-gef\u00f6rderten Projekt wurde ein Simulationsmodell erstellt, welches die Formgebung der D\u00fcse optimierte. In der 1. Phase des folgenden DBU-Projekts konnte die Erzeugung der Pulsation im Strahl im Gegensatz zu vorherigen Ans\u00e4tzen mithilfe von achsensymmetrischen Resonanzkammern erzeugt werden. Daher geht das Projekt hinsichtlich der Erzeugung der Pulsation beim Hochdruck-Wasserstrahlen \u00fcber den Stand der Technik hinaus. Konventionelle Methoden verwenden zum Beispiel Blenden, um eine Pulsation im austretenden Strahl zu erzeugen. Anhand der Simulationsergebnisse wurden erste Versuche mit Prototypen der D\u00fcsen durchgef\u00fchrt, die einen deutlich h\u00f6heren Abtrag leisteten.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Versuchsd\u00fcsen sind aus mehreren Teilen zusammengef\u00fcgt. Die Innenkontur der D\u00fcse wird aus einem 1,5mm dicken Stahlblech erodiert, welches zwischen zwei verschraubte Metallplatten eingespannt wird. Anders als bei einem rotierenden Herstellungsprozess (bohren, drehen) kann die D\u00fcse Hinterschnitte in der Innenkontur besitzen. Dieses erm\u00f6glicht die Gestaltung der kreisf\u00f6rmigen Resonanzkammern. F\u00fcr den Versuch wurde der Abtrag von vier D\u00fcsen bei gleichem Arbeitsdruck (500bar) verglichen. Der Hochdruckwasserstrahl wurde mit sich verringernder Vorschubgeschwindigkeit \u00fcber das Pr\u00fcfblech ge-f\u00fchrt, um die Behandlungsintensit\u00e4t zu variieren. Drei D\u00fcsen waren mit Resonanzkammern unterschiedlicher Abmessung ausgestattet. Die Resonanzebene der D\u00fcsen lag orthogonal zur Bewegungsrichtung. Alle erprobten D\u00fcsen hatten den gleichen D\u00fcsenquerschnitt. Die vier Abtragsbahnen der D\u00fcsen zeigen auf dem Pr\u00fcfobjekt unterschiedliche Strukturen. \u00dcber einen Gesamtweg von 150 mm beginnt der Materialabtrag der D\u00fcse ohne Resonanzkammern bei ca. 140 mm. Die Tiefe des Abtrags ist so gering dass er nicht messbar ist. Im Gegensatz dazu beginnt der Abtrag von zwei der D\u00fcsen mit Resonanzkammern wesentlich fr\u00fcher. Hier ist der Abtrag nicht nur an der Oberfl\u00e4che sichtbar, sondern die Tiefe ist auch messbar. <\/p>\n
Die Versuchsreihe zeigt, dass \u00fcber die \u00c4nderung der D\u00fcsengeometrie erhebliche \u00c4nderungen in der Abtragsleistung erreicht werden. Eine Gegen\u00fcberstellung der jeweils aufgewendeten hydraulischen Leistung zu der damit verbundenen kinetischen Energie zeigt das Einsparpotential. <\/p>\n
Bei allen vier durchgef\u00fchrten Versuchen wurden unterschiedliche Konturen abgetragen. Die Unterschiede in den eingesetzten D\u00fcsen lagen in den Resonanzkammer-Radien, die den Strahlzerfall im Wesentlichen beeinflussen. Damit kann die Kammergeometrie der Anwendung angepasst werden und ein h\u00f6he-rer Wirkungsgrad erreicht werden. Dieser zeigt sich in Energieersparnis sowie im Wasserverbrauch – der Volumenstrom bleibt unver\u00e4ndert, aber die Bearbeitungszeit sinkt. <\/p>\n
Aus der Gegen\u00fcberstellung der Messungen ergibt sich, dass im Vergleich zur Ausgangsgeometrie das gleiche Bearbeitungsergebnis mit deutlich geringerem Energieaufwand erreicht werden kann ( 1\/26,7 entsprechend 3,78 % Energieaufwand der Ausgangsgeometrie). Die verwendete hydraulische Anlage hat eine Nennleistung von 43 kW. Setzt man die erreichbare Energieersparnis entsprechen den Versuchser-gebnissen an, so ergibt sich bei einer durchschnittlichen Betriebszeit von 6 Stunden t\u00e4glich pro Arbeitstag eine Ersparnis in der Bearbeitungszeit von ca. 5,6 Stunden. Die damit verbundene Energieersparnis be-tr\u00e4gt rechnerisch 248 kWh pro Tag. Der reale Fertigungsprozess wird diese Steigerung der Bearbeitungsgeschwindigkeit nur durch eine Anpassung der Verkettung innerhalb der Produktion ausn\u00fctzen k\u00f6nnen. Das Rechenbeispiel zeigt jedoch, dass sich durch Pulsation ein erhebliches Einsparpotential gegen\u00fcber einem kontinuierlichen Wasserstrahl ergibt. Somit wird eine erhebliche Reduzierung der in einer vergleichenden Gesamtbilanz der Verfahren anzusetzenden Emissionen erreicht.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Ver\u00f6ffentlichungen erfolgen in der zweiten Projektphase, die im Mai 2007 bewilligt wurde.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Sinne der Nachhaltigkeit kann diese Technologie mit einer gro\u00dfen Anwendungsbreite im Bereich der gesamten Oberfl\u00e4chenbearbeitung von Metallen eingesetzt werden und f\u00fchrt zu einer Verringerung des Wasserverbrauchs und zu einer Vermeidung von Abwasser und Schlamm. Durch die einfache Handhabung der Reststoffe kann diese Technologie den gesamten Aufbereitungsaufwand der Reststoffe reduzieren. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse w\u00e4re es m\u00f6glich, Anwendungsgebiete, die bisher nur mit umweltbelastenden Verfahren bearbeitet werden k\u00f6nnen, neu f\u00fcr die Wasserdruckstrahlbearbeitung zu erschlie\u00dfen, z. B. die Entlackung von Oberfl\u00e4chen. Daraus ergibt sich ein insgesamt hoher volkswirtschaftlicher Nutzen des Verfahrens. <\/p>\n
Ziel des weiterf\u00fchrenden Projektes ist au\u00dferdem, eine vermarktbare Produktpalette von D\u00fcsen und Be-arbeitungsmaschinen zu entwickeln, die durch konkurrenzf\u00e4hige Bearbeitungszeiten eine breite Anwen-dung dieses umweltfreundlichen Bearbeitungsverfahrens erm\u00f6glichen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Zielsetzung des Projektes ist die Entwicklung eines umweltfreundlichen Verfahrens zur Bearbeitung metallischer Oberfl\u00e4chen mit Wasserstrahlen. Dieses wird mit einer hydraulischen Anlage realisiert. Es wird mit gepulsten Wasserstrahlen gearbeitet, womit eine Energie- und Kostenersparnis bez\u00fcglich der Hochdruckpumpen zu erwarten ist. Es werden keine chemischen Zusatzstoffe verwendet und das abgetragene Material kann […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[56,47,51,52,53],"class_list":["post-24090","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-baden-wuerttemberg","tag-klimaschutz","tag-ressourcenschonung","tag-umweltforschung","tag-umwelttechnik"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"23757\/01","dbu_projektdatenbank_medien":"","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"23757-01.pdf","dbu_projektdatenbank_bsumme":"60.600,00","dbu_projektdatenbank_firma":"Piller Entgrattechnik GmbH","dbu_projektdatenbank_strasse":"Einsteinstr. 11","dbu_projektdatenbank_plz_str":"71254","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Ditzingen","dbu_projektdatenbank_p_von":"2005-12-14 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"2007-08-01 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"1 Jahr und 8 Monate","dbu_projektdatenbank_telefon":"07152\/9977-0","dbu_projektdatenbank_inet":"","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Baden-W\u00fcrttemberg","dbu_projektdatenbank_foerderber":"117","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/24090","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/24090\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":37093,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/24090\/revisions\/37093"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=24090"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=24090"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=24090"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}