Projektinhalte

Entwicklung einer Simulationssoftware zur Bewertung der zu erwartenden Reinigbarkeit offener Systeme in der Lebensmitteltechnik.

Die automatische Sprühreinigung offener Maschinensysteme in der Lebensmittelindustrie ist ein von Kundenseite immer häufiger gefordertes Maschinenmerkmal. Die konstruktive Auslegung solcher Systeme und damit die Auswahl konkreter Düsen, deren Ausrichtung und Einbauposition konnte bisher erst aufwändig am realen Prototyp ermittelt werden. Besonders bei komplexen Systemen ist eine sichere (keine Sprühschatten) und effiziente (geringer Reinigungsmittelbedarf) Auslegung solcher Reinigungssysteme ohne Rechnerunterstützung kaum möglich. Jedoch existiert derzeit kein handhabbares und einfaches Simulationswerkzeug, das diese Aufgabe in CAD-Umgebung für den Konstrukteur übernehmen kann.

Das gemeinsame Ziel des vorangegangenen und aktuellen Projekts ist daher die Implementierung der CIP-Auslegung in den konstruktiven Entwicklungsprozess durch eine geeignete Softwarelösung. Zu diesem Zweck soll, aufbauend auf dem Vorgängerprojekt (IGF 16438 BR), die bestehende Sprühschattensimulation dahingehend entwickelt werden, dass abfließendes Wasser in der Software berücksichtigt wird. Dafür muss ein Verfahren entwickelt werden, mit dem die experimentelle Abbildung von Rieselfilmen gelingt. Ferner soll der Reinigungsbereich mit direkter Spritzstrahleinwirkung jetzt zeitlich und örtlich quantitativ aufgelöst werden. Eine große Herausforderung stellt dabei die Entwicklung eines quantitativen Nachweisverfahrens zur großflächigen Bestimmung der Reinigungswirkung dar.

Die Software errechnet anhand von vorgegebenen Reinigungsszenarien die Bereiche mit direkter Sprühstrahleinwirkung sowie abfließendem Reinigungsmittel, wobei ersterer Bereich hinsichtlich seiner Reinigungswirkung quantitativ aufgelöst wird. Dabei werden die Simulationsergebnisse visuell und interaktiv auf dem Modell abgebildet. Somit werden dem Bediener detaillierte Informationen zur Optimierung des Sprühreinigungssystems gegeben, welche in der Software unmittelbar umgesetzt werden kann.

Das in Aussicht gestellte Nachweisverfahren stellt einen großen Schritt hinsichtlich der Entwicklung eines industriellen Reinigungstests dar. Zusammen mit dem geplanten Simulationswerkzeug kann dieser maßgeblich zur Effizienzerhöhung des konstruktiven Entwicklungsprozesses hinsichtlich der hygienegerechten Auslegung beitragen. Ferner können mit den zu erwartenden Ergebnissen auch bestehende Anlagen hinsichtlich Reinigungseffizienz überprüft werden.

Erarbeitung eines entwicklungsbedingten Simulationswerkzeugs zur konstruktiven Auslegung von düsengebundenen Sprühreinigungssystemen in Lebensmittelverarbeitungsmaschinen.

Die Sprühreinigung offener Maschinensysteme in der Lebensmittelindustrie ist ein von Kundenseite immer häufiger gefordertes Maschinenmerkmal. Die konstruktive Auslegung solcher Systeme und damit die Auswahl konkreter Düsen, deren Ausrichtung und Einbauposition konnte bisher erst am realen Prototyp aufwändig ermittelt werden. Besonders bei komplexen Systemen ist eine sichere (keine Sprühschatten) und effiziente (geringer Reinigungsmittelbedarf) Auslegung solcher Reinigungssysteme ohne Rechnerunterstützung kaum möglich. Jedoch existiert derzeit kein handhabbares und einfaches Simulationswerkzeug, das diese Aufgabe in CAD-Umgebung für den Konstrukteur übernehmen kann.

Ziel der Forschungsarbeiten ist daher die Implementierung der CIP-Auslegung in den konstruktiven Entwicklungsprozess durch eine geeignete Softwarelösung. Zu diesem Zweck muss die Charakteristik verschiedener Reinigungsdüsen untersucht, klassifiziert und elektronisch verfügbar gemacht werden. Weiterhin muss eine Methode gefunden werden, wie die Einflüsse der Parameter eines Reinigungssystems (z. B. Druck, Geometrie, ...) in einer Sprühschattensimulation abgebildet werden können.

Die interdisziplinäre Bearbeitung dieses Themas erfolgt arbeitsteilig durch zwei Forschungsstellen und gliedert sich in drei Bearbeitungsschwerpunkte. An erster Stelle steht die Klassifizierung existierender Düsensysteme und Entwicklung einer Methode zur Aufnahme von Sprühbildern im Versuch. Weiter erfolgt die Ausarbeitung einer Simulationssoftware, welche mit den empirisch ermittelten Daten abgeglichen wird. Die Software errechnet anhand der vorgegebenen Reinigungsdüsen, der vom Nutzer einzugebenden Prozessparameter sowie des CAD-Modells der zu prüfenden Baugruppe ein Sprühbild, welches unmittelbar, visuell auf dem Modell abgebildet wird. Damit werden dem Bediener Informationen zur Optimierung der Konfiguration des Sprühreinigungssystems gegeben. Im letzten Teilschritt erfolgt die Verifikation und Weiterentwicklung des Modells anhand von Praxistests an Anlagen von Industriepartnern.

(c) 2014 Projekt KASim