Autonome, flexible und steuerbare Generierung feinster Einzeltropfen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Udo Fritsching; Dr.-Ing. Thomas Wriedt
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270207731

Ziel dieses Antrages ist, die entscheidenden Parameter zu finden, mit denen sich Tropfen erzeugen lassen, die um ein vielfaches kleiner sind als der Düsendurchmesser des Tropfengenerators. Dies soll experimentell mittels eines automatisch geregelten piezoelektrischen Tropfengenerators realisiert werden und simulativ anhand eines Tropfengenerator-Modells, mit dem sich die örtlich aufgelösten Druckwerte sowie die dadurch erzeugten akustischen Moden berechnen lassen. Hintergrund des Vorhabens ist, verschiedene Fluide mit ein und demselben Tropfengenerator zu vertropfen und dabei möglichst viele unterschiedliche Tropfendurchmesser pro Fluid erzeugen zu können. Anwendungsgebiete sind beim Additive Manufacturing als auch in der Forschung zu finden.Mittels eines selbstlernenden Regler-Systems bestehend aus mehreren Sensoren (Piezoaktuator, CCD-Kamera zur Bestimmung der Tropfenanzahl, Miniatur-PDA zur Abschätzung der Stabilität und Messung des Tropfendurchmessers) soll der Parameterbereich des elektrischen Ansteuersignals autonom durchgefahren werden. Das Reglermodel ist auf der Basis von Neuro-Fuzzy-Methoden zu entwerfen und das Regelsystem ist hinsichtlich Genauigkeit, Monodispersität und Dynamik der Tropfengenerierung eingehend zu untersuchen.Die zugrundeliegenden fluiddynamischen Zusammenhänge werden mittels hochaufgelösten CFD-Simulationen bei genauer Kenntnis der Materialien und Geometrie des Tropfengenerators untersucht. Die im Experiment gefundenen Ansteuersignale dienen dem fluiddynamischen System als Anregung. Die physikalischen Vorgänge im Tropfengenerator lassen sich so untersuchen und klassifizieren. Daraus sollen dann Zusammenhänge gefunden und letztendlich Regeln zur Erzeugung verschiedener Tropfendurchmesser in Abhängigkeit von den Fluid-Parametern aufgestellt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen