Einsatz von Ultraschall zur Modifikation lebensmitteltechnischer Grundoperationen am Beispiel des Schneidens

Research output: Types of ThesisDoctoral thesis

Contributors

Abstract

Die aus den besonderen Verarbeitungsguteigenschaften und der geforderten Produktsicherheit resultierenden speziellen Aspekte bei Ultraschallanwendungen in der Lebensmittelverarbeitung werden am Beispiel des ultraschallunterstützten Schneidens behandelt. Basierend auf einer interdisziplinär ausgerichteten Analyse des aktuellen Wissensstandes zu Leistungsschallanwendungen, Werkstoffen und Versuchsmethoden werden die grundsätzlichen Wechselwirkungen von Schneidwerkzeug und Produkt und deren ganzheitliche Auswirkungen auf die Produktqualität beleuchtet.\nIn Schneidversuchen wurden die prinzipiellen Zusammenhänge von Materialeigenschaften und Schneidverhalten in Abhängigkeit von den Ultraschallparametern Amplitude und Frequenz untersucht. Die Erfassung der Leistungsaufnahme der Ultraschalleinrichtung unter Schneidbedingungen lieferte zusätzliche Angaben über die Wechselwirkungen von Schneidgut und Werkzeug. Speziellen Fragestellungen zum Reibverhalten beim Schneiden waren tribologische Untersuchungen gewidmet. Ergänzt wurden die experimentellen Arbeiten durch sensorische Analysen der Schneidprodukte, durch thermographische Analysen zum Verständnis der Absorptionseffekte, durch Nachweisführungen zum Auftreten von Kavitation sowie durch Charakterisierung des Schwingungsverhaltens der Werkzeuge.Es konnte nachgewiesen werden, dass durch die Überlagerung der mikroskopischen Ultraschallbewegung mit der makroskopischen Vorschubbewegung beim Schneiden eine Modifikation der mechanischen Wechselwirkungen erreicht wird, die im Bereich der Schneidenkante wegen periodisch immenser Beanspruchungsgeschwindigkeiten zur Energiekonzentration in der Trennzone und damit verminderten Trennkräften führen. An den Werkzeugflanken wird eine Verringerung der Reibkräfte in Folge modifizierter Kontaktmechanismen erzielt, die aus der Bewegungscharakteristik der Kontaktflächen und aus Veränderungen der lebensmittelseitigen Kontaktflächenbeschaffenheit resultieren. Letzteres ist eine Folge der neben den mechanischen Effekten auftretenden Sekundärwirkungen, wobei Absorption von Schallenergie einerseits und Kavitationsvorgänge andererseits an Strukturänderungen beteiligt sind. Auf das Potential kavitationsinduzierter stofflicher Veränderungen wird hingewiesen. Die ausgeprägt materialspezifischen Wirkungen unterschiedlicher Ultraschallamplituden und –frequenzen auf die Einzeleffekte werden tendenziell erfasst und die besondere Bedeutung der Schwinggeschwindigkeit für die Bruchvorgänge herausgearbeitet.\nDie gewonnenen Erkenntnisse verbessern die Entscheidungssicherheit bei der Umsetzung von Ultraschallapplikationen zum Schneiden von Lebensmitteln und zeigen weiterführende Arbeitsfelder auf.\n

Details

Original languageGerman
Awarding Institution
Supervisors/Advisors
  • Rohm, Harald, Mentor
Publication statusPublished - 2007
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