Ultraschallreinigung gegen Öl und Kaugummis

André Prinz, Metras-Werkstattleiter André Schudok, Can Baris Topcu, Prof. Dr. Axel Wellendorf (Bild: Thilo Schmülgen/TH Köln)

„Die derzeit verfügbaren Spezialgeräte können Extremverschmutzungen wie Kaugummis oder Lacke zwar reinigen, aber nur mit sehr großem Zeit-, Personal- und Materialaufwand“, sagt Projektleiter Prof. Dr. Axel Wellendorf vom Institut für Allgemeinen Maschinenbau. Dies zu ändern, war Ausgangspunkt für die Kooperation mit der Metras GmbH. In ihrem Entwicklungsprojekt haben die Wissenschaftler des Instituts zwei Verfahren für die Beseitigung von Extremschmutz miteinander verbunden: die mechanische Straßenreinigung mit Bürste, Heißdampf und Hochdruck sowie die Ultraschallreinigung. Die Technik wurde prototypisch in einen Standard-Straßenreinigungswagen eingebaut.

Bei herkömmlichen Reinigungsmethoden erreichen die Lösungsmittel nur die obersten Schichten und es verbleiben Rückstände der Verschmutzungen im Grund. Der Ultraschall erzeugt energiereiche Wasserstrahlen, die auch die tieferen Schichten des Belags erreichen. Darüber hinaus verbessert der Ultraschall die Wirkung der Lösungsmittel. Damit kann ihr Einsatz um 50 Prozent reduziert werden. Zudem werden weniger umweltschädliche Tenside zur Beseitigung von öl- oder fetthaltigen Verschmutzungen benötigt, da Ultraschall das Emulgieren von Öl und Fett in Wasser begünstigt.

„Nach unseren Ergebnissen führt die Kombination aus Ultraschall- und Hochdruck-Reinigung bei Extremschmutzbelastungen zu einer erheblichen Verfahrensbeschleunigung, die allerdings jeweils von der Beschaffenheit der Verunreinigung und der Oberfläche abhängt. Beispielsweise kann bei einer 30- bis 40-sekündigen Behandlung mit Ultraschall in Laborversuchen bis zu 90 Prozent der Straßengriffigkeit wiederhergestellt werden“, sagt der wissenschaftliche Mitarbeiter Can Baris Topcu.

Ultraschall benötigt ein Wasserbad

Damit Ultraschall wirken kann, ist eine stabile Wassersäule mit möglichst wenig Blasen nötig. Eine der großen Herausforderungen im Projekt war es, eine solche Wassersäule über dem zu reinigenden Gegenstand – der Straße – aufzubauen und zu halten. Zudem darf das Wasser nicht auslaufen, wenn der Straßenreiniger bewegt wird. Dafür wurde vor einen Standard-Straßenreinigungswagen eine nach oben und unten offene Wanne montiert. Per Druckluft wird das Wasser in der Haube gehalten, so dass während Reinigungsprozesses in der Theorie eine mobile, stehende Wassersäule herrscht.

„In unseren Feldversuchen stellte sich heraus, dass eine deutlich höhere Druckluftleistung benötigt wird, um die Wassersäule stabil zu halten, als ursprünglich geplant. Zum Problem wurde dann der  Aufbau unseres Prototypen, bei dem das Druckluftgebläse und der Antrieb des Reinigers vom demselben Motor mit Energie versorgt wurden“, erklärt Topcu. Dies führte dazu, dass bei einer sinnvollen Fahrgeschwindigkeit des Reinigers der Druckluftstrom zu schwach war; bzw. der Luftstrom stark genug war, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs aber zu hoch, um gründlich zu reinigen.

„Letztendlich hat es sich gezeigt, dass ein weiterer Motor notwendig ist, der nur das Druckluftgebläse mit Energie versorgt, um dieses einzeln zu regeln. Ein derartiger Aufbau war mit den vorhandenen Projektmitteln nicht mehr zu realisieren.“

Die vielversprechenden Reinigungsergebnisse aus dem Labor konnten mit dem hergestellten Prototypen also auf die Straße übertragen werden. Für eine wirtschaftliche Reinigung werden aber weitere Anpassungen insbesondere am Fahrzeug bezüglich Energiebereitstellung benötigt.

Das Forschungsprojekt „Ultraschallreiniger“ war am Institut für Allgemeinen Maschinenbau der TH Köln unter der Leitung von Prof. Dr. Axel Wellendorf in Zusammenarbeit mit der Metras P+U GmbH angesiedelt. Das zweijährige Projekt wurde vom Bundeswirtschaftsministerium über das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) gefördert.