Forschung und Entwicklung | FSG Schäfer GmbH

Von der Forschung zum Kundenmehrwert

Forschung wird zum kontrollierbaren Sprühsystem

FSG entwickelt mehr als eine Düse: Patentwirkungen, Labormessungen, Praxisversuche und digitales Monitoring bilden ein übertragbares System für den industriellen Einsatz.

VOCMATIC-System mit FSG-Düse, Reinigern, Monitoring-Dashboard und praktischem Zubehör

Geschützte technische Wirkungen

Patente schützen das funktionale Zusammenspiel von Geometrie, Zerstäubung und Regelung – die Grundlage für Differenzierung und zuverlässige Anwendung.

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Forschungspartnerschaft

Gemeinsam mit der FH Münster werden Strömung, Akustik und Tröpfchenverhalten gemessen und in praxistaugliche Konstruktionen übertragen.

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Messbarer Kundenmehrwert

Stabilere Benetzung, weniger vermeidbarer Medieneinsatz und eine klarere Inbetriebnahme schaffen direkten Wert in der Produktion.

Digitale Rückkopplung

Das Dashboard führt Betriebsdaten und Düsen-Monitoring zurück in den Optimierungskreislauf.

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Zur VOCMATIC-Beratung

der Sonischen Zweiphasendüse

Kann die Funktionalität von Düsen zum Auftrag von Lösungsmitteln im Fertigungsprozess von Anleimkanten noch verbessert werden ? Insbesondere wären eine verbesserte vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) und partielle Automatisierung wünschenswert. Mit dieser Zielsetzung entwickelt FSGSchäferGmbH in enger Kooperation mit der Fachhochschule Münster neue Düsendesigns und charakterisiert ihre Leistungsfähigkeit in detaillierten Labortests und betriebsnahen Messungen.

zu den Produktdetails

sonische Zweiphasendüse

für minimalen VOC Verbrauch

Auf Grundlage dieser Forschung ist eine sonische Zweiphasendüse entwickelt worden, die sich durch Effizienz auszeichnet und den Verbrauch organischen Chemikalien (VOCs) auf ein Minimum beschränkt. Insbesondere, als ein Novum in der Industrie, kann der Massenfluss der Lösungsmittelphase über den Arbeitsdruck der Druckluftphase gesteuert werden, wobei die Geschwindigkeit des Phasengemisches in der Düse sonisch ist. Frühere Generationen von solchen Hochdruckdüsen unterschiedlichster Bauart sind zwar vielfältig kommerziell erhältlich und finden seit Jahrzehnten Einsatz im Fertigungsalltag der Möbelindustrie, doch wird oft nach dem Prinzip ‘Mehr ist besser’ und nicht betriebsoptimiert verfahren. Obwohl der Verbrauch an Lösungsmitteln generell wirtschaftlich unbedeutend ist, erfordern aber neue Richtlinien zum industriellen Einsatz von organischen Chemikalien sowie höhere Qualitätserwartungen an moderne Inneneinrichtungen, ein Umdenken. Dem wird die neue sonische Zweiphasendüse gerecht.

optimerte Düsengeometrie

reduziert die Lösungsmittelmenge auf ein Minimum

Die Düsengeometrie der neuen sonischen Zweiphasendüse konnte mit Hilfe dieser Parameter optimiert werden kann, so dass die Menge des Lösungsmittels auf das fertigungstechnisch notwendige Mass reduziert ist. Das ist ein entscheidender Vorteil des neuen Designs, um zukünftige, strengere gesetzliche Richtlinien zu erfüllen. Darüberhinaus konnte gezeigt werden, dass der Massenfluss der Lösungsmittelphase über den Arbeitsdruck der Druckluftphase gesteuert werden kann. Damit ist für solche Düsentypen der Einsatz von Sensorik denkbar, um die Komponente individuell und automatisiert zu steuern. Das gewonnene Verständnis der Strömungsphysik in Düse und Strahlkegel schafft auch eine notwendige Grundlage für den langfristig zu erwartenden Wechsel zu wasserbasierten Lösungsmitteln und einer vollständigen Vermeidung von VOCs.

Technologie-Campus der FH Münster in Steinfurt

Gemeinsam am Technologie-Campus Steinfurt entwickelt

Die Entwicklung und Effizienzcharakterisierung des neuartigen Düsendesigns wurde von einem multidiziplinäre Forschungsteam in einer vom Land NRW geförderten Kooperation am Technologie-Campus Steinfurt der Fachhochschule Münster durchgeführt. Dabei kam es zum Einsatz modernster Messtechniken wie Laser- und Sonospektroskopie und der Verwendung von wissenschaftlichen Ansätzen aus der Grundlagenforschung. Aufzeichnungen des Schallspektrums des Düsenstrahlgeräusches mit ultraschallsensitiven Mikrofonen erlaubten noninvasive Geschwindigkeitsmessungen der Druckluftphase. Zeitaufgelöste Geschwindigkeitsprofilierung des Strahlkegels vor der Düse mit Laserillumination konnte die Austrittsgeschwindigkeiten unterschiedlicher Tröpfchengrössen in der Flüssigphase bestimmen. Beide Methoden zum erstenmal in diesem Zusammenhang verwandt. Das Beimischen in der neuen Düse von organischen Lösungsmitteln zum sonischen Druckluftstrom, der Transport dieses Phasengemische im Düsenkanal und die anschliessende Vernebelung im Strahlkegel nach Düsenaustritt konnten theoretisch nachvollzogen werden.Mit dem verfolgten Ansatz gelang es erfolgreich, den Geschwindigkeitsverlauf der Strömung in der Düse sowie die Gleichmässigkeit des Sprühnebels in Abhängigkeit von Düsenparametern wie Arbeitsdruck, Öffnungsdurchmesser oder Lösungsmittelmenge zu verstehen. Zusätzlich konnte die Aufprallgeschwindigkeiten von einzelnen Lösungsmitteltröpfchen in Abhängigkeit ihrer Grösse bestimmt werden.

Hochdruckdüsenmischsystem mit Sensorik

Mit den Zwecken der Prozessautomatisierung, der Materialverschleissveringerung und der Einhaltung strikter Reglementierungen zum Ausstoss von volatilen organischen Lösungsmitteln, wird das Design und die Funktionalität einer smarter Hochdruckdüse patentiert.

Patentbeschreibung
Europäische Patentanmeldung Nr. 20 205 885.5

Patent Skizze Nr. 20 205 885.5 — Düsendesign und darüber das Druck- und Geschwindigkeitsprofil (bar, Machzahl)
Hinweiß - alternative Darstellung.

Das theoretisch untersuchte und mit Prototypen vermessene Design nutzt die Ultraschallgeschwindigkeit der Hochdruckluft im Düsenkörper um Lösungsmittel anzusaugen und homogen in den Jetstrahl einzubringen. Die Strahlhomogenität und der Lösungsmittelmassenfluss werden mit akustischen Sensoren erfasst und mit elektronischer Datenverarbeitung analysiert und mit Optimalreferenzen verglichen.

Eine integrierte Feedbackloop kontrolliert das Nadelventil der Lösungsmittelzufuhr um den optimalen Betrieb zu erreichen und aufrecht zu halten.

Das Patent antizipiert die zu erwartenden technologischen Entwicklungen in der maschinellen Hochleistungsherstellung von Möbeln und Inneneinrichtungen.