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SensoRein

SensoRein

Sensorbasierte Überwachung des Reinigungsbedarfs und des Reinigungsergebnisses in geschlossenen Systemen

Projektkoordinator

Dr.-Ing. Wolfgang Augustin
Technische Universität Braunschweig, Braunschweig
w.augustin@tu-braunschweig.de

Verbundpartner

Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. (Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Institut für Physikalische Messtechnik, Institut für Schicht- und Oberflächentechnik, Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung)
Fachverband Nahrungsmittelmaschinen und Verpackungsmaschinen des Verbandes Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (vertritt ein Industriekonsortium aus 25 Firmen)

Projekthomepage

https://www.tu-braunschweig.de/sensorein

Projektbeschreibung in FISA

Zum Forschungsinformationssystem Agrar und Ernährung (FISA)

Ziel

Die Anlagenreinigung ist eine Grundvoraussetzung für eine hygienisch sichere Lebensmittelproduktion. Reinigungsprozesse laufen in der Lebensmittelindustrie in vielen Bereichen im CIP-Verfahren ab. Die Anforderungen an die Anlagenreinigung steigen aufgrund der aktuellen Marktentwicklung. Die wichtigsten Gründe dafür sind:

  • Trend zu längeren Produktionszeiten verstärkt das Hygienerisiko bei unzureichender Reinigung, bei gleichzeitig höheren Anforderungen an die Reinigung infolge erhöhter Belastung der Anlagen mit Ablagerungen und Anhaftungen.
  • Trend zu größerer Produktvielfalt und damit kleineren Losgrößen erhöht die Reinigungshäufigkeit bei gleichzeitig sinkender Toleranz gegenüber Verschleppungen von Produktresten in nachfolgende Chargen.
  • Trend zu Frischprodukten bei gleichzeitig steigenden Anforderungen an die Haltbarkeit beim Vertrieb in der Kühlkette.

Stand der Technik sind festgelegte Reinigungsprozeduren, die nicht an den tatsächlichen Reinigungsbedarf und -verlauf angepasst sind, da sie nicht inline validiert werden können. Um auch Worst-Case-Szenarien abzudecken, enthalten diese Sicherheitszuschläge, die zu einem erhöhten Verbrauch von Reinigungsmedien, Wasser und Energie sowie verlängerten Reinigungszeiten führen.

Das Verbundprojekt zielt darauf, Sensoren und Messstrategien zu entwickeln, die eine sensorbasierte Überwachung des Reinigungsbedarfs und -ergebnisses in geschlossenen Systemen ermöglichen, um damit die Voraussetzung für eine am Reinigungsbedarf und -verlauf orientierte Reinigung zu schaffen.
Im Erfolgsfall werden kürzere Reinigungszeiten bei verringertem Einsatz von Energie und Reinigungsmedien und erhöhter Sicherheit bzgl. des Reinigungserfolgs ermöglicht.

Ergebnisse

Für die Validierung der Sensoren wurde die Technikumsanlage konzeptioniert, gebaut und in Betrieb genommen (siehe Abbildung 1). Drei Modellverschmutzungen (Molkeprotein + Mineralien, Stärke, Tomatenmark) wurden ausgewählt, welche in dünnen Schichten abgeschieden und charakterisiert werden konnten. Die Prozessparameter für die Validierung wurden mit den Industriepartnern festgelegt. Ausgewählte Oberflächenbeschichtungen konnten auf glatten sowie strukturierten Substraten abgeschieden und bezüglich ihrer Materialeigenschaften charakterisiert werden.
Die grundsätzliche Eignung der betrachteten Sensortechnologien konnte im Labormaßstab erfolgreich nachgewiesen werden:

  • Mit dem Dickenscherschwinger konnte die Abreinigung einer Modellverschmutzung verfolgt werden. Weiterhin konnte die Herausforderung des Druckausgleichs konstruktiv gelöst werden.
  • Die Fluoreszenzoptische Sonde liegt ebenfalls ein funktionsfähiger Prototyp vor und wurde erfolgreich an mehreren Modellverschmutzungen getestet.
  • Die Plasmaspektroskopische Messung wurde erfolgreich an die Messung in wässrigen Systemen angepasst. Das benötige Plasma konnte erzeugt und optisch erfasst und analysiert werden.

Verwertung

Mit den angestrebten Forschungsergebnissen verbessert sich deutlich das Verständnis sensorüberwachter Reinigungsprozesse, was ein erhebliches Potential zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit von deutschen Unternehmen auf der ganzen Prozesskette hat, die sich auch im Industriekonsortium abbildet. Es besteht ein erklärter Konsens, die Sensorentwicklung so weit voran zu treiben, dass ein Einsatz in Produktionsanlagen möglich wird. Hierzu werden Anwendungsfälle ausgewählt, die für weite Teile der Lebensmittelindustrie relevant sind. Die Technikumsanlage als Demonstrator unterstützt die Entwicklung der Messverfahren zur Marktfähigkeit. Wesentliche Aspekte für potentielle Kunden werden die Skalierbarkeit und die Ökonomie auf unterschiedlichen Skalen sein. Weitere Wissensfelder ergeben sich aus dem Verfahrenskonzept zur Integration der Sensortechnik in den realen Prozess. Der methodische Ansatz ist auf die Bereiche Umwelttechnik, Chemie und Biotechnik übertragbar.

Broschüre: Poster SensoRein
Dokumenttyp: PDF Dokumentgröße: 2 MB

Broschüre Beschreibung:

Development of sensor systems for cleaning processes