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Smartes Filtersystem im Hygienic Design

Hygienisch konstruiertes selbstreinigendes Filter digital vernetzt
Smartes Filtersystem im Hygienic Design

Mit dem WTSRF-EHEDG-selbstreinigenden Filter im Hygienic Design können Lebensmittel im Chargenbetrieb ohne Zerlegung der Bauteile nur durch Spülen in gleichbleibender Qualität und mit einer angemessenen Haltbarkeit hergestellt werden. Kombiniert mit der smarten Filterbox entsteht ein digital vernetztes Filtersystem. Prozesse lassen sich damit besser gestalten und Mehrwertdienste generieren.

Fruchtaufstriche und Konfitüren werden zumeist im Chargenbetrieb produziert. Auf eine Sorte folgt eine andere. So kann es vorkommen, dass vor dem Abfüllen beispielsweise von Erdbeerkonfitüre die kleinen Körnchen herausgefiltriert werden müssen und in der nächsten Charge aus Aprikosenkonfitüre Splitter der Kerne und Häute der Aprikosenfrucht. Das Beispiel steht stellvertretend für viele weitere viskose Produkte. Der Reinigungsaufwand in manchen Lebensmittelbranchen beläuft sich zwischen den Chargen auf bis zu 25 % der Produktionszeit.

Ein im EHEDG-Design konstruiertes Filtersystem reduziert den Reinigungsaufwand deutlich. Es basiert auf den in Handling, Montage und Reinigung bewährten WTSRF-selbstreinigenden Filtern von Wolftechnik. Bei der Konstruktion des neu entwickelten WTSRF-EHEDG-selbstreinigenden Filters im Hygienic Design lautete die primäre Entwicklungsaufgabe, das vorhandene Filtersystem so umzugestalten, dass das Zerlegen zur Reinigung beim Chargenwechsel entfallen kann. Dafür muss gewährleistet sein, dass sich die eingesetzten Materialien vor jeder Benutzung optimal reinigen lassen und produktberührte Flächen Mikroorganismen keinerlei Raum zum Einnisten bieten.

Um diese Grundanforderung zu erfüllen, kommt dem Design der Komponenten und Innenräume eine hohe Bedeutung zu. Gehäuse dürfen keine überflüssigen Ecken, Kanten und Toträume aufweisen. Rohrleitungsstutzen müssen optimal angebracht sein. Dichtungen müssen plan abschließen und Zwischenräume komplett ausfüllen. Auch Sensoren müssen hygienegerecht eingebaut werden. Nur so lassen sich Gehäuse und Innenraum einfach und rückstandsfrei reinigen.

Ohne manuelles Nachputzen

Damit ergibt sich für Prozesskomponenten der „Hygieneklasse 1“ die Anforderung, diese in einem Hygienedesign zu gestalten. Werden dabei die Richtlinien der European Hygienic Engineering & Design Group1 (EHEDG) bei der Konstruktion der Komponenten kompromisslos umgesetzt, lassen sich Lebensmittel auch im Chargenbetrieb ohne Zerlegung der Bauteile nur durch Spülen (cleaning in-place2) sicher und in gleichbleibender Qualität sowie mit einer angemessenen Haltbarkeit herstellen. Bei der Neuentwicklung hat man diese Vorgaben konsequent berücksichtigt. Letzte vorhandene Ecken, Kanten und Hinterschneidungen wurden eliminiert. Neben der Dimensionierung des Filtergehäuses, des Abstreiferkäfigs und der Filterkörperaufnahme wurden Details wie die Konstruktion des Deckels, des Bodens und des Gestells beachtet. Zudem wird beim Hygienic Design neben den eingesetzten Werkstoffen, deren Oberflächen und der Gestaltung der Anlagenkomponenten auch die Gestaltung des Prozessumfelds mitbetrachtet. So wurden am neu entwickelten Filter insbesondere die Wellendurchführung, sämtliche Dichtungen und alle Ecken und Kanten nach den Richtlinien der EHEDG umkonstruiert und zudem alle Toträume ohne Umspülung eliminiert. Innen im Behälter fallen die glatt polierten Oberflächen und Radien auf, die keine Haftung für Verunreinigungen zulassen. Der Behälter kann jetzt mit Reinigungsmedium durchspült werden und ist danach ohne ein manuelles Nachputzen frei von Restverunreinigungen und Mikroorganismen.

Smartes Filterkonzept integriert

Neben der reinen Filtertechnik wird in der modernen Produktion die Integration jedes Anlagenteils in das Prozessumfeld der Anwendung immer wichtiger. Dafür hat Wolftechnik in Zusammenarbeit mit dem Mittelstand-4.0-Kompetenzzentrum Stuttgart einen Filtercontroller entwickelt. Das Smart-Filter-Konzept der Firma Wolftechnik schließt eine Lücke für Filtrationsanlagen innerhalb der Smart Factory. Es erweitert die echtzeitnahe Datenerfassung durch eine zielgerichtete digitale Verarbeitung und damit die Möglichkeiten der reinen Überwachung von Filtersystemen. Unkompliziert lassen sich mit der smarten Technik die meisten Wolftechnik-Filtersysteme ausrüsten. Das gilt auch für das neu entwickelte WTSRF-EHEDG-selbstreinigende Filter im Hygienic Design.

Mit dem an moderne Bedürfnisse angepassten Monitoring auf dem Smartphone, dem Tablet oder in der Leitwarte können Abweichungen oder sich anbahnende kritische Filterzustände schnell erkannt werden. Neben der Anzeige und Alarmfunktion entstehen durch „smartifizierte“ Filtrationsanlagen neue Ansätze in der Organisation und Steuerung der Produktion. Denn aus den gewonnenen Messwerten lassen sich unterschiedliche Mehrwertdienste generieren. Wie ein Predictive Maintenance, also eine Instandhaltung, die von den in Echtzeit verfügbaren Daten lernt und Ereignisse vorhersagbar und damit planbar macht. Auch die Bewertung, Steuerung und Dokumentation (Assessment Management) wird optimiert. Einen Mehrwert kann dabei der Austausch der Betriebsdaten mit einem spezialisierten Servicepartner bieten. Neben der Überwachung der Betriebsparameter kann bei Störungen am Filtersystem eine zeitnahe Diagnose durch den Experten erfolgen und Fehlerursachen sind anhand der vorhandenen Daten detektierbar. Zudem können mithilfe der Daten Workflows aufgebaut werden wie beispielsweise ein Digital Procurement (digitale Beschaffung). Dabei ließe sich durch die Vernetzung mit einem Servicepartner die eigene Lagerhaltung optimieren, wenn Komponenten für den Filterwechsel just in time versendet werden. Ein Benachrichtigungsservice kann die automatische Ersatzteilbeschaffung aufwerten. In naher Zukunft wird es zudem möglich sein, die verfügbaren Echtzeitdaten in eine künstliche Intelligenz (KI) einfließen zu lassen.

Sicher und anwenderfreundlich

Das Herzstück der smarten Technik ist der Filtercontroller, der im Zusammenspiel mit zusätzlicher Sensorik an der Anlage und einer dahinterliegenden IT-Infrastruktur im Filtersystem Betriebsparameter wie Druck, Temperatur, Durchsatz, Trübung oder Leitfähigkeit überwacht, Daten sendet und Befehle empfängt. Die Mikrocontrollereinheit wurde anwenderfreundlich in Form einer smarten Filterbox konzipiert, in die nur die Sensoren sowie Strom und ein LAN-Kabel zur Weiterleitung des Signals ins Intranet oder Internet eingesteckt werden, ohne die Box öffnen zu müssen. Die kleine Universalbox übernimmt alle Funktionen, die notwendig sind, um das Signal der Sensoren auszuwerten, umzuwandeln und zu verschlüsseln. Auch die Funktion des Gateways als zentraler Eintrittspunkt in das Intranet des Anwenders oder das Internet ist in die Box mit integriert. Über das an die smarte Filterbox angeschlossene LAN-Kabel werden die Daten in einer aggregierten Form verschlüsselt direkt an eine voreingestellte Adresse gesendet, dort visualisiert, verarbeitet, zwischengespeichert und bei Bedarf in einer Datenbank abgelegt.

Bei der Entwicklung des Serienprodukts wurde neben einer hohen Datensicherheit darauf geachtet, dass ausschließlich Komponenten verwendet werden, die auch in handelsübliche Schaltschränke eingebaut werden können. Alle sind CE-konform geprüft. Die Ausgabe der in der Box aufbereiteten Daten läuft auf der Open-Source-Plattform ThingsBoard. Die smarte Filterbox wird vorkonfiguriert und in ThingsBoard aufrufbar ausgeliefert. Einstellungen lassen sich individuell vornehmen.

Wolftechnik Filtersysteme GmbH & Co. KG, Weil der Stadt

Konzept hinter der smarten Filtertechnik
Bild: Wolftechnik

Autor: Peter Krause

Geschäftsführer,

Wolftechnik Filtersysteme

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