Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVVNovum für die Tankreinigung: Inline-Monitoring durch hochintegrierten Verschmutzungssensor in adaptivem Zielstrahlreiniger
Das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV präsentiert vom 12. bis 16. September 2022 auf der drinktec in München, Halle B3 Stand 336 mit dem AJCsens die neueste Version eines intelligenten, autonom operierenden Tankreinigungssystems für zeit- und ressourcenoptimierte Reinigungsprozesse. Die innovative, erstmalig hochintegrierte und miniaturisierte Sensortechnik sowie die Implementation einer selbstoptimierenden Prozesssteuerung ermöglichen eine bedarfsgerechte Reinigung des gesamten Tankraums. Das System löst damit die drei großen Herausforderungen, die von der diesjährigen Weltleitmesse für die Getränke- und Liquid-Food-Industrie adressiert werden: Digitale Transformation, nachhaltige Produktion und Wassereinsparung.
Effektive, ressourcenschonende Tankreinigung – Das Ende des Worst-Case-Reinigungsschemas
Um reproduzierbare und validierbare Tankreinigungsprozesse zu ermöglichen, kommen CiP-(Cleaning-In-Place)-Systeme zum Einsatz. Allerdings ist die effiziente, automatisierte Reinigung dieser Behälter eine große Herausforderung, da es bisher an Möglichkeiten der direkten Inline-Kontrolle des Reinigungserfolgs fehlt und ortsabhängige bzw. produktspezifische Reinigungsbedürfnisse nur unzureichend berücksichtigt werden können, wenn der Tank selbst eine Art „Black Box“ darstellt. Die Reinigungssysteme werden daher sicherheitshalber am Worst-Case-Szenario ausgelegt und „überreinigen“ so mit einem hohen Ressourceneinsatz (Wasser, Chemie, Zeit). Untersuchungen des Fraunhofer IVV in Dresden haben gezeigt, dass sich jedoch mittels adaptiver Prozessführung bis zu 60 % der Reinigungsressourcen einsparen lassen.
Zur Lösung dieser Herausforderungen wurde am Fraunhofer IVV gemeinsam mit dem Projektpartner Hohe Tanne GmbH bereits der Adaptive Jet Cleaner (AJC) entwickelt. Der innovative Zielstrahlreiniger arbeitet mit zwei unabhängig voneinander angetriebenen Achsen und ermöglicht es durch frei programmierbare Reinigungsbahnen, gezielt jeden Punkt in einem Tank anzufahren. Zusätzlich können vorprogrammierte Reinigungsabläufe hinterlegt werden, sodass der Adaptive Jet Cleaner eine anhand der Geometrie und des zu erwartenden Verschmutzungszustands ortsaufgelöst optimierte Reinigung durchführen kann. Im Vergleich zu handelsüblichen Zielstrahlreinigern mit fester Getriebeübersetzung konnten dadurch bereits große Ressourceneinsparungen erzielt werden.
Zur Ausschöpfung des vollen Potenzials des AJC wurde dieser nun technologisch weiterentwickelt.
Permanentes Inline-Monitoring für eine adaptive, vollumfänglich dokumentierbare Reinigung
Durch den nun hochintegrierten optischen Inline-Verschmutzungssensor in dem 360° in allen Richtungen beweglichen Düsenkopf des AJC wird endlich ein ganzheitliches, permanentes Inline-Monitoring des Tankreinigungsprozesses möglich. Die minimalinvasive Integration des Sensors im Tank als hochintegrierter Bestandteil des Tankreinigungssystems erfordert keinen zusätzlichen Implementationsaufwand und ermöglicht eine Echtzeit-Erfassung des aktuellen Verschmutzungszustands.
Eine weitere Neuerung ist die integrierte Höhenverstellung des AJCsens. Damit können nun auch Sprühschattenbereiche etwa hinter komplexen Innengeometrien wie z.B. Leitblechen, Rührwerksschaufeln oder Sensoranschlüssen detektiert, kontrolliert und mit direktem Strahlimpact gezielt gereinigt werden.
Der AJCsens erlaubt somit nicht nur eine noch effizientere und qualitätsgerechtere Reinigung, sondern zusätzlich auch die vollumfängliche, automatisierte Dokumentation des Tankreinigungsprozesses.
Projektpartner des BMEL-Projektes »autorein« sind Hohe Tanne GmbH, iiM AG und MATRIX VISION GmbH.
Schwingquarz-Technologie für die Inline-Reinigungsüberwachung von Rohrleitungssystemen
Das Fraunhofer IVV präsentiert darüber hinaus eine weitere innovative Sensorlösung zur bedarfsgerechten Auslegung des Reinigungsprozesses in geschlossenen Systemen. Der quarzbasierte Dickenscherschwinger nutzt den umgekehrten piezoelektrischen Effekt. Mithilfe eines speziellen Auswertealgorithmus können anhand von spezifischen Änderungen der Eigenfrequenz eines Schwingquarzes viskose Lebensmittelverschmutzungen in Rohren auf der Quarzoberfläche detektiert und das Erreichen des Reinigungsziels signalisiert werden. Auch dieser Sensor ist sehr klein und kompakt und kann so aufwandsarm über Standardschnittstellen in ein geschlossenes System integriert werden.
Er wurde im Rahmen des Verbundprojekts »SensoRein« entwickelt, das die Schaffung der Voraussetzung für eine am Reinigungsbedarf und Reinigungsverlauf orientierte Reinigung zum Ziel hatte. Projektpartner des BMEL-Projektes »SensoRein« sind der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V. (VDMA), das Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik der TU Braunschweig, das Fraunhofer IPM, Fraunhofer IST sowie das Fraunhofer IFAM.
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