Steigende Anforderungen bzgl. Umweltschutz, Ressourceneffizienz und Sauberkeit erfordern eine ständige Verbesserung der Reinigungsprozesse und der Anlagentechnik. Infolge der vielfach ungenügenden oder unvollständigen Kenntnisse der Einflussgrößen bei der Reinigung, der Korrelation der Parameter untereinander oder den konkreten Beiträgen einzelner Parameter auf das Reinigungsergebnis werden Reinigungsprozesse zur sicheren Entfernung aller störenden Verschmutzungen überdimensioniert.

Das abgeschlossene Forschungsprojekt UltraRein hatte sich die Entwicklung eines Multisensorsystems zur Erfassung und Überwachung aller relevanten Ultraschallreinigungsparameter zum Ziel gesetzt, welches abschließend im industriellen Anlageneinsatz verifiziert wurde. Hierdurch soll der industrielle Anwender zur Überwachung der relevanten Einflussparameter und der Ableitung von Wirkzusammenhängen befähigt werden.

Im Projekt wurde hierfür durch das Fraunhofer IVV und das IGCV ein Demonstrator eines Multisensorsystems entwickelt, das die folgenden Komponenten erfasst:

• Inline-Impedanz der Ultraschallerzeuger mittels kompaktem Vektor-Netzwerkanalysator inkl. Anpassnetzwerk
• Kavitationsrauschzahl und Schallpegel mittels Hydrophon
• Erosionsrate durch Anwendung einer Quarzmikrowaage
• Gasgehalt mittels Inline-Sensor

Die so erfassten Daten werden in einem zentralen Datenbanksystem gespeichert, welches im Rahmen des Projektes bzgl. der Anforderungen der Ultraschallreinigung angepasst wurde. Zusätzlich ist die Speicherung von zusätzlich manuell erfassten Daten über eine Eingabeplattform möglich, wodurch eine direkte Zuordnung der erfassten Daten zu den jeweiligen Reinigungsprozessen möglich ist. In Kombination mit einem 3D-Messportal wird damit das Ultraschallbad quantitativ örtlich und zeitlich aufgelöst beschrieben, was für die Überwachung und die Auslegung des Reinigungsprozesses genutzt werden kann. Über den Abgleich der Ultraschallreinigungsparameter mit exemplarischen Reinigungsversuchen konnte eine Korrelation der gemessenen Parameter mit der Ultraschallwirkung gezeigt werden.

Das System kann gegenüber der vorher weitgehend als Blackbox behandelten Ultraschallwirkungskette für Störungsanalysen, das Ermitteln von Einflussparametern und die Ableitung von Wirkzusammenhängen verwendet werden. Dies ermöglicht eine vollständige Überwachung aller relevanten Ultraschallreinigungsparameter, wodurch ein neues Niveau der Prozessdatenerfassung erreicht wurde.

Infolge der hohen Komplexität und der aufwendigen Versuchsdurchführung wurde nur ein ausgewählter, exemplarischer Auszug des umfangreichen Parameterraumes der Ultraschallreinigung untersucht, weshalb in nachfolgenden Forschungen umfassende Untersuchungen zur detaillierten Bestimmung der Wirkzusammenhänge erforderlich sind. Die Auswertung der komplexen Daten sollte durch Anwendung von Modellen der künstlichen Intelligenz erfolgen, wofür im Projekt bereits die Grundlage erarbeitet wurde. Zudem ist die weitere Optimierung der eingesetzten Sensorik für den industriellen Einsatz erforderlich, um die Praxistauglichkeit im Produktionsumfeld weiter zu erhöhen. Hierzu zählen zum Beispiel die Qualifizierung des Erosionssensors für filmische Verunreinigungen.

Abbildungen:

Erosionssensor

Portalroboter mit Messgerätehalter

Projekttitel:

UltraRein – Entwicklung einer multisensorbasierten Systemlösung zum Bestimmen der mechanischen Reinigungswirkung in Ultraschallanlagen als Voraussetzung für die zukünftige Integration von intelligenten Steuer- und Regelungskonzepten

Beteiligte Forschungseinrichtungen:

Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung Institutsteil Verarbeitungstechnik IVV-DD, Dresden

Fraunhofer Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV, Augsburg

Förderkennzeichen:

20669 BG

Laufzeit:

01.04.2019 – 31.12.2021

Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages.