Zielstrahlreiniger übernehmen häufig die Intensivreinigung von Tanks, Behältern und anderen geschlossenen Anlagenkomponenten. Die im Druckbereich von 3 bis 50 bar, in besonderen Fällen auch bis 70 bar, arbeitenden Geräte werden entweder durch einen externen elektrischen bzw. pneumatischen Motor oder durch das Reinigungsmittel selbst angetrieben. Mit den Sensoren CIPMon SC, die man außen auf der Behälterwand montiert, ist eine hygienische Überwachung der Zielstrahlreiniger möglich.
Thomas Meierkordt
Voraussetzungen für einen ordnungsgemäßen Betrieb von Zielstrahlreinigern sind der benötigte Reinigungsmitteldruck und -durchfluss sowie die Rotationsgeschwindigkeit des Düsensystems. Aus diesen Betriebsparametern ergibt sich, neben der Frage, welches Reinigungsmittel einzusetzen ist, der Erfolg der Reinigung. Einmal optimiert und überprüft, sollten diese physikalischen Parameter nicht unkontrolliert änderbar sein. Unabhängig davon lassen sich aber Störungen im Betriebsablauf nicht verhindern. Sie können beispielsweise durch einen Pumpenausfall (reduzierte Pumpenleistung ohne Stillstand) oder durch Drittentnahme des Reinigungsmediums aus der zuführenden Leitung verursacht werden.
Zur Funktionsüberwachung von Zielstrahlreinigern verwendet man typischerweise Sensoren, beispielsweise den CIPMon PC1. Häufig sind die Ergebnisse dieser Überwachung nicht zuverlässig und täuschen lediglich eine ordnungsgemäße Reinigung vor. Hygienische Probleme im zu reinigenden Tank sind die Folge. Weiterhin benötigt der Sensor aus messtechnischen Gründen einen zusätzlichen Stutzen am Tank, der ebenfalls gereinigt werden muss.
Keine zusätzlichen Flansche
Mit den Sensoren der Baureihe CIPMon SC kann die Funktion der Zielstrahlreiniger nun von außen, ohne zusätzliche Flansche, überwacht werden (Bild 1). Durch den Sensor bedingte hygienische Probleme sind somit ausgeschlossen. Bei doppelwandigen Tanks wird eine Stelle in Nähe der Downpipe (Flansch oder Umgebung) in der Regel den direkten Zugang zur Behälterwand ermöglichen.
Bei der Montage wird ein Sensorhalter von außen auf die Behälterwand aufgeklebt bzw. angeschweißt. Die Montage ist in wenigen Minuten erledigt, so dass erste Ergebnisse binnen kürzester Zeit verfügbar sind. Der Abstand zwischen Sensor und Auswerteeinheit liegt bei einigen Metern, kann aber in Einzelfällen auch mehr als 100 m betragen. Die Auswerteeinheit (Versorgungsspannung 24 V) wird in einem vor Ort verfügbaren Schaltschrank installiert. Die Schaltpunkte werden in gewohnter Weise der SPS zur Verfügung gestellt oder einfach auf der Frontseite abgelesen. Die optional verfügbare Software (lauffähig auf Standard-PC) ermöglicht über den normalen Betrieb hinaus verschiedene Auswertungen (Düsenüberwachung) sowie die Archivierung der Betriebsdaten.
Die Sensoren CIPMon SC erfassen die vom Reinigungsmittelstrahl auf der Behälterwand erzeugten Schwingungen bzw. Vibrationen. Als Messwerte stehen Verhältniszahlen für die Rotationsgeschwindigkeit und den Strahldruck (Impact) zur Verfügung, die verschiedene Auswertungen zulassen.
Erfasst Schwingungssignale
Während des Reinigungszyklus trifft der sich bewegende Reinigungsmittelstrahl auf die Behälterinnenwand und erzeugt im fest von außen montierten Sensor unterschiedlich starke Schwingungssignale. Das daraus entstehende, ausgewertete relative Impact-Signal ist in seiner Varianz in Bild 2 zu sehen. Zur Überwachung des Zielstrahlreinigers werden nun der minimale und maximale DX-Wert als typisches Verhalten zur Grenzwerteingabe verwendet. Unter- bzw. Überschreitungen des relativen Impact-Signals führen zu einer Fehlermeldung.
Eine Störung kann die Verstopfung einer oder mehrerer Düsenöffnungen sein. Ein Funktionszustandsvergleich der Düsen mit einer älteren, in der Software hinterlegten Düsenzustandsdarstellung ist möglich. Auf diese Weise lässt sich einfach erkennen, ob der Zielstrahlreiniger einwandfrei arbeitet. In Bild 3 erkennt man, dass eine der vier Düsen des Zielstrahlreinigers verstopft ist. Wesentlicher Vorteil des CIPMon SC mit der dazugehörigen Software ist, dass der Anwender sehr schnell, ohne Tanköffnung und Montagearbeiten Informationen über den Zustand des Strahlreinigers erhält.
Bei mediumgetriebenen Zielstrahlreinigern verändert sich durch eine Druck- oder Volumenstromreduzierung leicht die Rotationsgeschwindigkeit. Die Folge: Die für einen kompletten Zyklus notwendigen Umdrehungszahlen werden nicht in der vorgegebenen Zeit erreicht. Bild 4 zeigt eine Veränderung im Düsenverhalten und die daraus resultierende verringerte Rotationsgeschwindigkeit. Durch die Aktivierung von unteren und oberen Grenzwerten werden Abweichungen von der vorgegebenen Rotationsgeschwindigkeit sofort erkannt, und ein Alarm wird ausgelöst.
Bei Geräten, die durch elektrische oder pneumatische Motoren, also extern angetrieben werden, liegt die Störungsquelle in der zugeführten Energie. Auch hier lassen sich Störungen durch eine Überwachung der Rotationsgeschwindigkeit des Düsenkopfes zuverlässig detektieren. Leckagen in der Druckluftzuführung oder Funktionsstörungen im Motor, die eine Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit zur Folge haben, werden exakt signalisiert.
Objektive Bewertungshilfe
Bei der Entwicklung und Optimierung von Zielstrahlreinigern ist der CIPMon SC eine objektive Bewertungshilfe. Er erfasst den Strahldruck (Impact) eines Zielstrahlreinigers bzw. einer Düse in Abhängigkeit von Mediumdruck und Düsenlänge. Strahldruck und Reinigungsmitteldurchsatz nehmen bei steigendem Druck stetig zu. Die DX-Kurve (Impact) wird nach einem Wendepunkt wieder abfallen. Dieser reduzierte Impact beschreibt die Bauart der Düse, die Düsenkopfgeometrie und andere Parameter. Ein steigender Reinigungsmitteldurchsatz erhöht die Waschwirkung und ist ein wesentlicher Grund für höhere Drücke. Eine auf die jeweilige Applikation zugeschnittene Düsenoptimierung ist somit möglich.
Diese Betrachtungen zeigen aber auch, dass beispielsweise die Reichweite eines Zielstrahlreinigers nicht der einzige zu betrachtende Parameter sein sollte. So erreicht bei einem feinen Strahl mit großer Reichweite nur eine geringe Reinigungsmittelmenge die Behälterwand. Der Reinigungserfolg ist gut, allerdings bilden sich feine Linien auf der zu reinigenden Fläche. Letztere können durch einen breiteren, auf die jeweilige Entfernung angepassten Strahl beseitigt werden. Zwangsläufig führt diese Vorgehensweise zu einem erhöhten Reinigungsmittelverbrauch. Generell gilt, nur die ganzheitliche Betrachtung der Parameter Druck, Düsenbauart, Reinigungsmittelmenge und -art sowie Prozessführung sind die Basis für optimale Reinigungsergebnisse.
Verschiedene Ausbaustufen
Die Sensoren CIPMon SC stehen in verschiedenen Ausbaustufen zur Verfügung. Die einfachste Ausbaustufe ist die in einem schmalen Gehäuse angebotene Einkanalausführung. Bild 1 zeigt eine ausgebaute Zweimessstellenversion mit Reserveplatz für ein weiteres Modul mit zwei Messstellen und einer Schnittstellenkarte für die Verbindung zur Leitwarte. Anstelle der Schnittstellenkarte kann man auch ein weiteres Modul für zwei Messstellen einbauen.
Eine andere, gerade in der Erprobung befindliche Einsatzmöglichkeit der CIPMon-SC-Sensoren ist die Überwachung von Schwallreinigern (Spinner-Serie). Die Rotationsgeschwindigkeit dieser Geräte beträgt ein Vielfaches eines langsam drehenden Zielstrahlreinigers (5 bis 40 min-1). Störungsquellen beim Betrieb von Schwallreinigern sind unzureichend filtrierte CIP-Medien oder Feinstaub in den Kugellagern. Letzterer kann während des Fertigungsprozesses in das Kugellager des Reinigers eindringen. Beide Störungen lassen sich über eine Überwachung der Rotationsgeschwindigkeit mithilfe der CIPMon SC zuverlässig erkennen, ein Umstand, der besonders bei zu validierenden CIP-Prozessen von großer Bedeutung ist.
Halle B3, Stand 121
dei 420
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Broschüre Reinigungstechnik
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