Hygiene Report 1/2023
HYGIENE Report ist das Forum für Qualitätssicherung in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie. In Zusammenarbeit mit hochkarätigen Autoren aus Wissenschaft und Wirtschaft berichtet das Periodikum anwenderorientiert und praxisnah zu allen relevanten Aspekten rund um das Thema Qualitätssicherung. Themen sind beispielsweise Hygiene Management, Messtechnik, Berufskleidung, Reinigung, HACCP, Personalhygiene und mikrobiologische Nachweise mit all ihren rechtlichen und gesetzlichen Problemen.
HYGIENE Report ist das Forum für Qualitätssicherung in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie. In Zusammenarbeit mit hochkarätigen Autoren aus Wissenschaft und Wirtschaft berichtet das Periodikum anwenderorientiert und praxisnah zu allen relevanten Aspekten rund um das Thema Qualitätssicherung.
Themen sind beispielsweise Hygiene Management, Messtechnik, Berufskleidung, Reinigung, HACCP, Personalhygiene und mikrobiologische Nachweise mit all ihren rechtlichen und gesetzlichen Problemen.
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wissenschaft<br />
1·23<br />
Tobias Hanisch, M.Sc.; Dr.-Ing. Matthias Joppa; Dr.-Ing. Marc Mauermann<br />
Reinigungsoptimierte Gestaltung von produktberührten<br />
Oberflächen durch Simulation<br />
Fraunhofer IVV: Vorteile des 3D-Drucks für Anlagen der Lebensmittelindustrie nutzbar machen<br />
Stetig wachsende Möglichkeiten der additiven Fertigung erlauben auch für innenliegende Oberflächen produktführender<br />
Anlagen aus Edelstahl eine große Formenvielfalt. Die Reinigbarkeit der neuartigen Geometrien lässt sich über bekannte<br />
Regelwerke und Richtlinien bisher jedoch kaum beurteilen. Forschende des Fraunhofer-Institutes für Verfahrenstechnik und<br />
Verpackung IVV (Freising/Dresden) nutzen dafür Methoden der Strömungssimulation (CFD). In diesem Beitrag beschreiben<br />
sie die virtuelle Bewertung der Reinigbarkeit sowie die daraus folgenden Möglichkeiten zur Geometrieoptimierung am Beispiel<br />
eines additiv gefertigten, innenseitig mit Makrostrukturen versehenen Rohres.<br />
Herausforderungen der<br />
industriellen Reinigung<br />
Vor allem in der Lebensmittelindustrie<br />
ist die regelmäßige Reinigung<br />
der Produktionsanlagen<br />
für eine hohe Produktqualität<br />
und Verbrauchersicherheit unerlässlich.<br />
Automatisierte, fest<br />
verbaute Reinigungssysteme<br />
(CIP) gewährleisten eine sichere<br />
und reproduzierbare Reinigung,<br />
arbeiten jedoch wenig flexibel<br />
mit überdimensionierten<br />
Parametern und sind somit<br />
ineffizient. Das Fraunhofer IVV<br />
forscht vor diesem Hintergrund<br />
an cyberphysischen Systemen<br />
für effiziente, bedarfsgerechte<br />
Reinigungsprozesse, die die<br />
Chancen der Digitalisierung<br />
und adaptiven Prozessführung<br />
nutzen.<br />
Neben der Tankreinigung<br />
beschäftigt sich das Fraunhofer<br />
IVV mit der Reinigung in<br />
geschlossenen Geometrien wie<br />
Pumpen, Wärmeübertragern<br />
und Rohrleitungen. Hierbei<br />
steht zusätzlich zur Entwicklung<br />
von Inline-Verschmutzungssensorik<br />
die reinigungsgerechte<br />
Gestaltung der Geometrie im<br />
Fokus. Als Alternative und<br />
Ergänzung zu bewährten<br />
Abb. 1: Ausgangsform der Dimple-Struktur auf der Innenoberfläche eines<br />
Rohrs mit Darstellung der simulationsbasiert vorhergesagten Reinigungsgüte<br />
(Strömung von links nach rechts)<br />
Grafik: Fraunhofer IVV<br />
Grundsätzen des Hygienischen<br />
Designs versprechen neu entwickelte,<br />
effiziente Modelle zur<br />
Simulation von Reinigungsprozessen<br />
eine echte Optimierung<br />
der Geometrie.<br />
Der dafür vom Fraunhofer IVV<br />
genutzte Simulationsansatz<br />
berücksichtigt die Vielfalt der<br />
Reinigungsaufgaben und ermöglicht<br />
eine verallgemeinerte<br />
Bewertung der Reinigbarkeit.<br />
Makrostrukturierte<br />
Oberflächen zur Verbesserung<br />
der Reinigbarkeit<br />
Die additive Fertigung von<br />
Edelstahlbauteilen erlaubt<br />
die Herstellung komplexer,<br />
konventionell gar nicht oder<br />
nur aufwändig herstellbarer<br />
Geometrien. Damit werden<br />
neuartige Anlagenkomponenten<br />
auch für die Lebensmittelindustrie<br />
möglich. Die entstehenden<br />
Oberflächen haben jedoch eine<br />
hohe Rauheit und stellen somit<br />
bislang eine Herausforderung<br />
für den Einsatz in hygienekritischen<br />
Bereichen dar. Durch<br />
Makrostrukturen auf den<br />
produktführenden Rohroberflächen<br />
– z.B. Vertiefungen wie<br />
bei einem Golfball – lassen sich<br />
gezielt Verwirbelungen in der<br />
Reinigungsflüssigkeit erzeugen,<br />
um Stoff- und Wärmetransportvorgänge<br />
zu verstärken.<br />
In einem Projekt der industriellen<br />
Gemeinschaftsforschung<br />
(IGF 20790 BR) wurde durch<br />
das Fraunhofer IVV daran<br />
geforscht, dieses Prinzip für die<br />
Verbesserung der Reinigbarkeit<br />
nutzbar zu machen.<br />
Simulationsgestützte Bewertung<br />
der Reinigbarkeit<br />
Mithilfe von Strömungssimulationen<br />
wurden dabei unter anderem<br />
die Auswirkungen kreisförmiger<br />
Vertiefungen („Dimple“)<br />
auf einer Rohrinnenfläche<br />
vorhergesagt und visualisiert.<br />
Grundlage für die industriegerechte,<br />
effiziente Vorhersage<br />
der Reinigbarkeit durchströmter<br />
Bauteile ist die Kenntnis und<br />
physikalische Modellierung der<br />
16 www.hygiene-report-magazin.de
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