Für die Planung von Rohrleitungssystemen in Filtrationsanlagen eignet sich das 3D-CAD-System AutoCAD mit dem Tool Turbo Tube. Das Rohr- und Anlagenprogramm ist einfach zu bedienen und zeichnet sich durch seine Schnelligkeit und Flexibilität aus. Bereits im Vorfeld der Anlagenrealisierung ist eine ansprechende Präsentation der Anlage in 3D möglich.
Dr. J. Schnell, R. Matthiesen
Der Einsatz automatisierter Filtersysteme – statisch wie auch dynamisch – ist in der Getränkeindustrie in viele Bereiche vorgedrungen und zählt heute zum Stand der Technik. Je nach Anwendungsfall (Wein, Sekt, carbonisierte Getränke, Bier, Mineralwasser) stehen unterschiedliche Anlagensysteme zur Verfügung. Diese Systeme stehen für Produktsicherheit und -qualität, Wirtschaftlichkeit und Unmweltverträglichkeit. Anwendung finden sie im Filterkeller oder in der Abfüllung. Die Kunden erwarten im Vorfeld der Anlagenrealisierung eine ansprechende Präsentation der Anlage in 3D; sie möchten einen visuellen Eindruck von „ihrem System“ bekommen. Die kundenspezifischen Anlagensysteme sind häufig in bestehende Prozesslinien zu integrieren. Zudem sind bei der Aufstellungsplanung Raumprobleme zu berücksichtigen.
Anlagenrealisierung
Die Filtrationsanlagen müssen sehr hohen technischen und hygienischen Anforderungen genügen. Standards und Prozessabstimmung sind bereits in der Planungsphase zu berücksichtigen, um spätere Anpassungsarbeiten vermeiden zu können. Das Anlagendesign wird wesentlich durch den Verfahrensprozess bestimmt, d.h. neben dem Produktionsablauf muss auch der CIP-Ablauf mit großer Sorgfalt berücksichtigt werden. Spezielle Schwerpunkte sind Leitungsführung, integrierte Armaturen und Mess-einrichtungen sowie die Anbindung von Behältern und Pumpen. Dabei sind konstruktive Mindestanforderungen sicherzustellen, wie
• alle Stellen im Leitungssystem müssen für Reinigung zugänglich sein,
• keine Toträume (Dome/Pfützen/Spalten) im System,
• Vermischung Produkt/Reinigungsmittel durch entsprechende Ventile vermeiden,
• möglichst wenige mechanische Verbindungen,
• Dimensionierung des Leitungssystems.
In der Angebotsphase, Projektierung und Abwicklung entstehen demnach folgende Anforderungen:
• Komponentendesign (3D- Leitungsintegration),
• Konzeption, Raumbedarf (Prozesseinbindung),
• Systemdesign, Leitungsführung (Sicherstellung konstruktive Mindestanforderungern),
• Fertigungsoptimierung (Problemminimierung),
• Kundenpräsentation.
Bei der Erfüllung der Anforderungen ist der Zeitfaktor entscheidend. Einen besonderen Vorteil bietet ein CAD-System dann, wenn bereits im Vorfeld der Angebotsphase eine detailgenaue 3D-Zeichnung – die virtuelle Anlage – vorliegt.
Schnelles, einfaches Arbeiten im 3D-Einsatz
Die Forderung, trotz einfacher Bedienung ein schnelles und professionelles Tool zu entwickeln, verlangte Erfahrung in Anlagenbau und Programmierung. Deshalb wurde das Rohrleitungsprogramm TurboTube, eine Zusatzapplikation zu AutoCAD, von Beginn an in ständiger Zusammenarbeit von Anlagenbauern und Programmierern entwickelt.
Heraus kam ein Programm, das denkbar einfach zu handhaben ist; für den normalen Zeichenvorgang genügt ein Icon. Nach dem Start durch das Icon hängt die Rohrleitung an der Maus und wird dann einfach durch Ziehen mit der Maus entwickelt. Das ist sehr intuitiv und kommt dem Zeichner gerade in der geometrisch anspruchsvollen 3D-Konstruktion entgegen.
Blöcke lassen sich bequem einfügen. Immer zeigt das Programm, was man tut. Parameter werden nur sparsam abgefragt, denn von jedem Punkt einer Konstruktion aus liegen die meisten Parameter ohnehin fest. Rohrenden fängt das Programm selbständig ein und kennt damit auch gleich alle Daten des Rohres.
Mit je einem weiteren Icon können Blöcke erzeugt oder Stücklisten generiert werden. Auf Anbindung von Datenbanken wurde mit Absicht verzichtet. Sie hätten den Zeichenvorgang deutlich verlangsamt.
Die hohe Schnelligkeit des Programms zahlt sich aus, denn sie verschafft dem Anlagenbauer ein wichtiges Wirtschaftsgut: Zeit. Da die Anlagen schnell entworfen sind, können sie ohne große Kosten designed werden. So kann dem Kunden schon in der Angebotsphase eine virtuelle Anlage vorgestellt werden, die bereits bis in alle Details der später ausgelieferten Anlage entspricht.
Nach Auftragserteilung begleitet die virtuelle Anlage die Abwicklung. Stücklisten für die Bestellung, Konstruktionsplanungen für die Schlosserei oder Darstellungen für die Dokumentation lassen sich aus dem 3D-Modell ableiten.
Anlagendesign
Abbildung 2 zeigt eine Bierfiltrationsanlage als 3D-Volumenmodell, die mit TurboTube erstellt wurde. Deutlich zu erkennen sind die beiden parallelen Filterlinien mit vorgeschaltetem Ventilverteilerknoten. Bei dieser Duo-Variante ist während der Produktion eine der Filterlinien aktiv, während sich die andere im stand-by-Betrieb bzw. im CIP-Modus befindet. Die Möglichkeit einer Linienumschaltung gewährleistet eine hohe Anlagenverfügbarkeit, theoretisch 24 Stunden rund um die Uhr. Die Linien sind automatisiert und können über eine Bus-Leitung an übergeordnete Leitsysteme angebunden werden.
Durch die Möglichkeit, verschiedene räumliche Ansichten darzustellen, bekommt man einen sehr guten visuellen Eindruck von dem späteren Filtersystem. Daneben können auch die räumlichen Schnittstellen innerhalb der Prozesslinie zu den angrenzenden Prozesseinheiten klar definiert werden.
In Abbildung 3 ist eine fertiggestellte automatisierte Filteranlage zu sehen. Die hier abgebildeten Systeme werden für die „kaltsterile Filtration“ von Bier eingesetzt. Die Anlagengrößen sind für Durchsatzleistungen von 100 bis 400 hl/h erhältlich. Die Stellfläche einer solchen Anlage beträgt ca. 6 x 4 m. Kernstück sind speziell für die Bierfiltration entwickelte testbare Sartocool-Membranfilterkerzen mit einer Porengröße von 0.45 µm für die Sterilfiltration (Endfiltration). Vorgeschaltet sind Sartofine-Tiefenfilterkerzen mit einer nominalen Abscheidung von 0.7 µm für die Feinfiltration. Diese Kombination stellt eine interessante Alternative zur Pasteurisation dar und gewährleistet eine sichere Abtrennung von Hefezellen und bierschädlichen Organismen.
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