Ziel der Entwicklung

In verschiedenen Projekten mit der Lebensmittelindustrie wurde die Herausforderung der Reinigung von Rohrleitungen erkannt. In den Leitungen können sich Reste der dort transportierten Stoffe anhaften und nur mit einem hohen Aufwand an Reinigungsmitteln und Wasser abgelöst werden. In einem Auftrag von Herstellern wurde die Reinigung von Metallgefäßen mit Ultraschall und Enzymen im ttz untersucht. Es wurden Gefäße zum Kochen von Nahrungsmitteln mit Hilfe von Ultraschall in Versuchsaufbauten gereinigt. Abhängig von den untersuchten Lebensmitteln konnte eine Reinigungswirkung erzielt werden. Die daraus gewonnenen Ergebnisse ließen die Motivation aufkommen diese Methode auch auf geschlossene Leitungssysteme zur übertragen. Die herkömmliche Reinigung von Rohrleitungen wird mit viel Wasser und verschiedenen Reinigungsmitteln durchgeführt. Diese Art der Reinigung sollte mit Ultraschall, welcher direkt in der Rohrleitung eingebracht wird unterstützt werden. Durch die mechanische Reinigungswirkung sollten Verunreinigungen und angehaftete Stoffreste schneller abgetragen und ausgespült werden. Die Besonderheit ist, dass das neue Ultraschallsystem zum Aufklemmen auf Rohrleitung konzipiert wurde. Dadurch werden Öffnungen im Rohrleitungssystem vermieden und bestehende Anlagen können nachgerüstet werden. Durch die Unterstützung der herkömmlichen Reinigung durch Ultraschall sollte Chemische Reinigungsmittel, Wasser und Energie eingespart werden.

Vorteile und Lösungen

In dem Projekt wurde ein System zur Reinigung von Rohrleitungen mittels Ultraschalls entwickelt. Durch den Ansatz den Ultraschallschwinger von Außen auf dem Rohr zu befestigen und den Ultraschall durch die Rohrwand im inneren wirken zu lassen. Ultraschall wird gut über Metall übertragen, so dass eine Anregung auf der Außenseite ins Innere des Rohres geleitet wird. Weil die Reinigungswirkung von Ultraschall nur in Flüssigkeiten gegeben ist, muss das Rohr bestenfalls mit Wasser gefüllt sein. Dann wirkt der Ultraschall auf die Innenwände der Rohrleitung und entfernt mittels Kavitation Verunreinigungen. Deshalb unterstützt der Ultraschall die herkömmliche Reinigung, bei der die Rohre mit Reinigungsmitteln und Wasser gespült werden.
In Laborversuchen wurden verschiedene Arten Ultraschall untersucht, insbesondere die Wirkung unterschiedlicher Frequenzen und verschiedener Reinigungszusätze. Auf präparierten Metallplatten wurde die Reinigungswirkung untersucht und ein optimales Set Up für praktische Versuche entwickelt. An einem speziell errichtetem Teststand konnten anwendungsnahe Versuche durchgeführt werden. Mit dem Ultraschall konnte eine deutliche Reinigung im Rohr erzielt werden. Die Wirkung war abhängig von:
– Der Art der Verschmutzung
– Der Temperatur
– Der Durchflußgeschwindigkeit im Rohr
– Dem Reinigungszusatz.
In den Versuchen wurde unterschiedliche Verunreinigungen gewählt, die auch in der Industrie vorkommen können. Es wurden zuckerhaltige Lebensmittel, wie Saft oder Sirup, Fetthaltige Lebensmittel, wie Milch oder Sahne und fruchtige Lebensmittel, wie Tomatensoßen, untersucht. Zucker und Fetthaltige Verunreinigungen wurden am besten entfernt. Auch weitere Umgebungsparameter unterstützen die Reinigung. Mit steigender Temperatur und höherer Durchflußgeschwindigkeit nahm die Reinigungswirkung deutlich zu.
Von Nachteil ist, dass die Reinigung sich auf einen kleinen Bereich im Rohr beschränkt. Mit der Entfernung vom Ultraschallgeber nahm die Reinigungswirkung schnell ab. so konnten nur 20-30 cm im Rohr gut gereinigt werden. Und die Ultraschallschwinger müssen auf Rohrdurchmesser und Wandstärke ausgelegt werden, damit die Übertragung optimal funktioniert. So ist die Anwendung auf die ausgewählten Bauteile begrenzt und nicht universell einsetzbar.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die untersuchte Reinigung mit Ultraschall wurde an verschiedene Zielgruppen adressiert. Insbesondere die Lebensmittelindustrie, die flüssige oder pastöse Produkte herstellt, die in Rohrleitungen transportiert werden. Speziell kann hier die Getränkeherstellung oder die Molkereiindustrie genannt werden. Die Rohstoffe und Produkte werden in diesen Bereichen in großem Umfang mit Rohrleitungen bewegt. Und auch die Reinigung durch regelmäßiges Spülen innerhalb der Leitungen verläuft ähnlich. Dadurch, dass der Prototyp von außen auf die Rohre gesetzt werden kann, können bestehende Anlagen, bei entsprechend vorhandenem Platz, damit bestückt werden. Aber auch andere Bereiche der Lebensmittelindustrie, wie Bäckereien oder Hersteller von Fertiggerichten, können die Technologie nutzen. Weil bei der Herstellung von Lebensmitteln eine gewissenhafte Reinigung der Produktionsanlagen unerlässlich ist, kann die neuartige Technologien zur Reinigung viele Abnehmer finden. Durch die neue Ultraschalltechnologie können bestehende Reinigungssysteme und Prozesse unterstützt und Ressourcen eingespart werden. Weitere Anwendungen können in der Drogerie und Kosmetikindustrie liegen. Überall wo flüssige und auch pastöse Produkte erzeugt werden und die Reinigung der Rohrleitungen notwendig wird.
Der Transfer der Ergebnisse der Untersuchungen wird durch den entwickelten Teststand erfolgen. Am Teststand ist es möglich die spezifischen Produkte oder im Prozess auftretende Verunreinigungen am Prototyp zu testen. Dadurch können mögliche Kunden ihre spezifische Anwendung vorher untersuchen lassen und die mögliche Reinigungswirkung am ausgewählten Produkt testen. Wenn am Teststand gute Ergebnisse erzielt wurden kann die Technologie auf die betriebseigenen Anlagen übertragen und dort die notwendigen Tests durchgeführt werden. Durch die Möglichkeit die Technologie am Teststand zu untersuchen erwartet das ttz Anfragen aus der Industrie. Die Untersuchung von anwenderspezifischen Verunreinigungen und die notwendigen Optimierungen auf die Anlagen des Anwenders wird dem ttz neue Aufträge und Möglichkeiten zur Kooperation mit neuen Partnern ermöglichen.