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Inline-Monitoring durch hochintegrierten Verschmutzungssensor

Autonom operierendendes Tankreinigungssystem

Das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV hat die innovative Version eines intelligenten, autonom operierenden Tankreinigungssystems für zeit- und ressourcenoptimierte Reinigungsprozesse entwickelt. Die erstmalig hochintegrierte und miniaturisierte Sensortechnik sowie die Implementation einer selbstoptimierenden Prozesssteuerung ermöglichen eine bedarfsgerechte Reinigung des gesamten Tankraums.

Effektive, ressourcenschonende Tankreinigung

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 beziehungsweise 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 Prozent der Reinigungsressourcen einsparen lassen.

Zur Lösung dieser Herausforderungen wurde am Fraunhofer IVV gemeinsam mit dem Projektpartner Hohe Tanne 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

Durch den nun hochintegrierten optischen Inline-Verschmutzungssensor in dem 360 Grad in allen Richtungen beweglichen Düsenkopf des AJC wird 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 zum Beispiel 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, iiM und Matrix Vision.

 

Schwingquarz-Technologie

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 (VDMA), das Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik der TU Braunschweig, das Fraunhofer IPM, Fraunhofer IST sowie das Fraunhofer IFAM.

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