DRS-Simulationssoftware des Fraunhofer-IPA lässt neue Optionen in der Spritzstrahlreinigung virtuell entstehen

Die Software simuliert in schneller Folge bei Simulationszeiten im Minutenbereich verschiedene Düsenanordnungen

  • Abb. 1: Die Reinigung mit Rotationsdüsen in einem Behälter mit Rührwerkzeug wird simuliert; dabei wird der Verunreinigungsgrad von Rot nach Blau angezeigt.Abb. 1: Die Reinigung mit Rotationsdüsen in einem Behälter mit Rührwerkzeug wird simuliert; dabei wird der Verunreinigungsgrad von Rot nach Blau angezeigt.
  • Abb. 1: Die Reinigung mit Rotationsdüsen in einem Behälter mit Rührwerkzeug wird simuliert; dabei wird der Verunreinigungsgrad von Rot nach Blau angezeigt.
  • Abb. 2: Bei der Behälterreinigung wird die Schattenbildung durch Rührwerk und Dissolver simuliert. Dabei sind die Lösungsansätze und Prozesszeiten unterschiedlich.
  • Abb. 2: Bei der Behälterreinigung wird die Schattenbildung durch Rührwerk und Dissolver simuliert. Dabei sind die Lösungsansätze und Prozesszeiten unterschiedlich.
  • Dipl.-Math. FH Jörg Schieweck, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Virtuelle Bilder zeigen Wege zur wirkungsvolleren Reinigung
Eines der am häufigsten verwendeten Reinigungsverfahren in der Lebensmittelindustrie ist die Spritzstrahlreinigung, bei der mit einem Strahl Verschmutzungen über Spül- oder Spritzwasser von der Lebensmittelanlage abgetragen werden. Der direkte Spritzstrahl erreicht aber nicht alle Oberflächenelemente innerhalb der Anlage, weshalb nicht alle Oberflächen gleichmäßig gereinigt werden. Leichte Verkrustungen und feste Verschmutzungen bleiben zurück. Wissenschaftler des Fraunhofer IPA haben in Zusammenarbeit mit dem Düsenhersteller MC ein Projekt durchgeführt, das die Schwachstellen bei der Spritzstrahlreinigung mit Hilfe von Simulation aufdeckt und zu neuen Lösungen führt.

Probleme der Spritzstrahlreinigung

Aus den bisherigen Untersuchungen des Fraunhofer IPA geht hervor, dass der Vorteil der Spritzstrahlreinigung – die Reinigung durch den primären Strahlimpuls – nicht vollständig ausgeschöpft wird. In der Praxis werden oft Düsenformationen und -bewegungen eingesetzt, die sich mit der Zeit als nicht angemessen herausstellen, da nicht alle Oberflächenbereiche erreicht werden. Um trotzdem eine lückenlose Säuberung durch die sekundäre Schwemmwirkung etc. zu erreichen, wird das suboptimale Anlagenlayout mit zusätzlichen Hilfsmitteln ausgeglichen, z. B. mit längeren Laufzeiten, Erhöhung der Temperatur, Zugabe von chemischen Reinigungszusätzen und manueller Nachbehandlung.

DRS-Simulationssoftware

Mit dem Simulationsprogramm des Fraunhofer IPA steht Anwendern und Entwicklern in der Oberflächentechnologie ein bedienungsfreundliches PC-Programm unter MS-Windows zur Verfügung, das schnell Optimierungspotenziale erkennbar macht.

Mit Hilfe der Software können in schneller Folge – Simulationszeiten im Minutenbereich (≤ 3 Minuten) – verschiedene Düsenanordnungen simuliert und beurteilt werden. Änderungen an der realen Anlage, die in der Praxis Zeit und Aufwand kosten, lassen sich am PC auf Machbarkeit untersuchen und so zu einer Optimierung oder einer neuen Lösung führen.  Am Ende der Simulation stellt die Software verschiedene graphische Auswertungen und Gegenüberstellungen zur Verfügung, um die speziell zu erwartende Reinigungswirkung, Laufzeit und Kostendifferenz zu verdeutlichen. Die Planungszeit kann sich dadurch erheblich verkürzen.

Firmenspezifische Auslegung und Bedienung der Simulationssoftware

Das Fraunhofer IPA bietet in Kooperation mit MC Herstellern und Anwendern von Reinigungs­anlagen als ersten Schritt an, den Ist-Zustand einer bestehenden oder geplanten Anlage aufzunehmen und in die Simulation zu übertragen. Darüber hinaus kann die Bedienung der Simulationssoftware während einer zweitägigen Schulung erlernt werden und zu firmeninternen Auslegungen genutzt werden. Aktuell wird die Software von Unternehmen verwendet, um
  • Sprühstrahlmuster zu optimieren,
  • ideale Bewegungsbahnen zu generieren,
  • Veränderungen auf Tauglichkeit zu prüfen,
  • Abschattungen zu vermeiden,
  • neue Lösungsmöglichkeiten zu generieren,
  • Kunden Machbarkeiten aufzuzeigen. 
Beantragung von Fördermitteln für KMU
Im nächsten Schritt wollen die Forscher das Simulationswerkzeug hauptsächlich kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) bekannt machen und mit ihnen zum Einsatz bringen. Außerdem soll das Tool in weiteren Forschungsvorhaben für Anwendungen ausgebaut und zur Entwicklung innovativer, ressourcenschonender Reinigungsprozesse genutzt werden.
Dazu sind auch Unternehmen eingeladen, sich zu beteiligen. So hat bspw. gerade ein Forschungsprojekt begonnen, mit dem auch Oberflächenaktivierungsprozesse wie das Beflammen durch die Simulation beschrieben werden sollen. 
KMU können Fördermittel für Vorhaben beantragen, die innovativen Charakter haben, wie z. B. die Nutzung des Simulationswerkzeugs bei der Entwicklung einer neuartigen Reinigungsdüse. Die Antragstellung ist an keinen Einreichungstermin gebunden und die Bearbeitung des Antrags dauert gewöhnlich ein halbes Jahr. Das Förderprogramm kann auch dazu dienen, die Kosten für das Simulationswerkzeug zu übernehmen.
 
 

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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
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70569 Stuttgart

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