Reinigungsgerechte Bauteilkonstruktion wirkt sich positiv auf das Ergebnis aus

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Technische Universität Dortmund Fakultät Maschinenbau

Die Verteilung der erforderlichen Reinigungszeit über das gesamte Bauteil hinweg oder die Sicherheit, mit der sich unterschiedliche Bauteilbereiche reinigen lassen, wird weitestgehend nur vom Bauteilwerkstoff, der Oberflächenrauheit und der eingebrachten mechanischen Energie geprägt. Als diesbezüglich treibender Faktor hat sich die Wandschubspannung aufgrund der Reinigungsmittelströmung herausgestellt.

Erster Optimierungsschritt geschieht am Computer

Kennzeichnet man alle Bauteilstellen, die einen gewissen Wert einer Wandschubspannung unterschreiten, werden die kritischen Oberflächenbereiche deutlich, an denen Schmutz zurückbleiben könnte, wie das Bild 2 zeigt. Die roten Oberflächenbereiche kennzeichnen die problematischen Stellen. Insbesondere die Nut und die in Strömungsrichtung liegenden Stirnflächen sind in dieser speziellen Konstellation offensichtlich nur schwer zu reinigen.

Der Anspruch, eine Simulationsgenauigkeit zu erreichen, die eine völlig exakte Voraussage der Reinigbarkeit erlaubt, kann nicht erhoben werden. Allerdings ist eine frühzeitige vorläufige Optimierung möglich, um die Anzahl der späteren Realversuche zu minimieren. Zusätzlich zur Bauteilgestaltung muss dabei die Auswahl und Anpassung des Reinigungsverfahrens betrachtet werden.

Neue Konstruktion verbessert Reinigungsmöglichkeit und erhält Spannungsverteilung

Abschließend wird ein Bauteil vor und nach der Optimierung miteinander verglichen. Es handelt sich um einen Flansch, der sich auf der einen Seite mit vier Schrauben befestigen lässt und auf der anderen Seite über eine Aufnahme für eine Keilwelle verfügt. Bei diesem Bauteil ist bezüglich der Reinigbarkeit vor allem die große Grundplatte problematisch. Durch Visualisierung der kritischen Bereiche und konsequente Optimierung der Geometrie kann eine deutliche Verbesserung erzielt werden, die sich zudem nicht einmal negativ auf die Spannungsverteilung auswirkt, wie die Bilder 3 und 4 deutlich machen.

Aufgrund der Verkleinerung der Querschnittsfläche in Strömungsrichtung wurde eine deutlich gleichmäßigere Umströmung der Bauteile erreicht. Das Ergebnis erlaubt im Durchschnitt signifikant höhere Wandschubspannungen.

Prof. Dr.-Ing. Bernd Künne leitet das Fachgebiet Maschinenelemente an der TU Dortmund. Dipl.-Ing. Tim Richard arbeitet dort als wissenschaftlicher Mitarbeiter.

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