Forschung & Innovation

Inline-Reinigungssensorik in geschlossenen Systemen

02.11.2022 - Reinigungsprozesse in der Lebensmittelindustrie haben das Ziel, die Produktionsanlagen nachhaltig von Produktrückständen zu säubern.

Da man in geschlossene Systeme, wie Rohrleitungssysteme und Behälter, nur begrenzten Einblick hat, geht man in der Praxis auf Nummer sicher. Das bedeutet längere Reinigungszeiten, mehr Verbrauch an Wasser, Reinigungsmedien und Energie als man eigentlich bräuchte, wenn der Verschmutzungsgrad und der Zeitpunkt der vollständigen Abreinigung bekannt wären. Eine Thematik, die bei zunehmend kleineren Batchgrößen und wachsenden Anforderungen an die Nachhaltigkeitsziele der Unternehmen an Bedeutung gewinnt.

Inline-Reinigungssensoren sollen den „Blick“ in geschlossene Systeme ermöglichen und den Weg zur einer ressourcenschonenderen und dennoch sicheren Reinigung ebnen. Im Rahmen des vom BMEL geförderten Forschungsprojekts Senso­Rein wurde die Entwicklung von drei innovativen Sensortechnologien weiter vorangetrieben:

Der Dickenscherschwinger des Fraunhofer Instituts IVV in Dresden zielt auf das Monitoring des Verschmutzungsgrads und der Identifikation des Endpunkts des Reinigungsprozesses. Das robuste Messsignal lässt sich auf unterschiedliche Stoffmatrizes kalibrieren. Im Projekt wurde ein industrietauglicher Prototyp entwickelt, dessen Erprobung in Pilotanlagen von den im projektbegleitenden Industriekonsortium vertretenen Unternehmen geplant ist.

Mit der Fluoreszenzsonde des Fraunhofer IPM in Freiburg lassen sich produktunabhängig Abreinigungsprozesse und deren Endpunkt überwachen. Die kompakte Bauweise der Messsonde ermöglicht dabei den direkten Einbau in kritischen Anlagenteilen. Mit einer UV-Quelle und Auswerteeinheit lassen sich mehrere Messstellen überwachen. Auch für diesen Sensortyp wurde im Projekt ein industrietauglicher Prototyp entwickelt, dessen Erprobung in Pilotanlagen von im projektbegleitenden Industriekonsortium vertretenen Unternehmen bevorsteht.

Bei der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) des Fraunhofer IFAM in Bremen geht es um die Übertragung eines in der technischen Oberflächenreinigung bewährten Messprinzips auf flüssige Medien. Der Vorteil ist, dass sich mit dem Messprinzip kleinste Mengen an Rückständen in Reinigungsmedien nachweisen lassen. Im Projekt konnte die Machbarkeit der Anwendung des Mess­prinzips in flüssigen Medien gezeigt werden und typische Rezepturbestandteile von Nahrungsmitteln in geringen Konzentrationen in Wasser detektiert werden. Weitere Entwicklungsarbeiten zielen auf die weitere Reduktion der Nachweisgrenze von typischen Rezepturbestandteilen sowie die Verifikation des Messprinzips in CIP-Anlagen. Diesbezüglich sind Testreihen an der Technikumsanlage der TU Braunschweig in Vorbereitung. Die Technikumsanlage steht über die Projektlaufzeit von SensoRein hinaus Sensorerstellern und Anwendern für die Verifikation und Weiterentwicklung von Messprinzipien zur Verfügung.

Einblicke

Der Blick in das geschlossene Produktionssystem ist im Fall der hier betrachteten Sensorprinzipien mit dem Einbau von Messstellen verbunden. An die Oberflächen der Messstellen werden vom Sensorprinzip abhängig unterschiedliche Anforderungen gestellt. Beim Dickenscherschwinger soll sowohl das Verschmutzungsverhalten (Fouling­eigenschaften) als auch das Abreinigungsverhalten dem der Apparate bzw. Rohrwandung (i.d.R. Edelstahl) entsprechen. Bei der Fluoreszenzsonde kommt die Anforderung der Transparenz hinzu. Im Teilprojekt LIBS ist neben Transparenz auch Antifoulingeigenschaft gefordert, damit der Messprozess durch die Rohrwandung möglichst wenig durch Ablagerungen gestört wird. Für alle Sensorprinzipien wurden durch das Fraunhofer IST in Braunschweig geeignete Beschichtungen entwickelt, die zudem den Anforderungen an Beständigkeit und Lebensmittelkonformität genügen.

Ansprechpartner

  • TU Braunschweig: Wolfgang Augustin
  • Fraunhofer IFAM: Christian Tornow
  • Fraunhofer IPM: Albrecht Brandenburg
  • Fraunhofer IST: Ingmar Bialuch
  • Fraunhofer IVV: Max Hesse
  • Industrie-Konsortium: Peter Golz

Autor: Peter Golz, VDMA e.V. Nahrungsmittelmaschinen und ­Verpackungsmaschinen, Frankfurt

 

Kontakt

VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V.

Lyoner Str. 18
60528 Frankfurt
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