Fraunhofer-Geschäftsbereich Reinigung
Steigende Anforderungen an die Reinigung als wertschöpfenden Prozess
Die Reinigung ist ein qualitätserzeugender und somit wertschöpfender Prozessschritt in hygienekritischen Bereichen wie der Lebensmittelproduktion oder Pharmaindustrie, der Bauteilfertigung aber auch Branchen wie der Umwelt- und Energietechnik.
Auch wenn bereits Automatisierungslösungen insbesondere für körperlich schwere oder für das Reinigungspersonal gefährliche Reinigungsprozesse entwickelt wurden, erfolgt noch immer ein Großteil der Reinigungsarbeiten durch Personal. Manuelle Reinigungsprozesse unterliegen jedoch Qualitätsschwankungen und sind nicht validier- oder reproduzierbar.
Gleichzeitig sind produzierende Unternehmen mit den in den letzten Jahren stetig gestiegenen Qualitätsanforderungen hinsichtlich des Sauberkeitszustandes, starkem Kostendruck, zunehmenden Umweltschutzanforderungen und dem sich zuspitzenden Fachkräftemangel konfrontiert.
Um die Unternehmen bei diesen Herausforderungen zu unterstützen, entwickelt das Fraunhofer IVV seit 2008 ganzheitliche Lösungen für die Auslegung, qualitätssichernde Führung sowie Digitalisierung von Reinigungsprozessen.
»Test- und Entwicklungszentrum Bauteilreinigung« – Technikum und Know-how für anwendungsspezifische Lösungen
Herzstück der Kompetenzbereiche Hygienegerechte Produktion und Industrielle Bauteilreinigung bildet das »Test- und Entwicklungszentrum Bauteilreinigung«, das am Fraunhofer IVV in Dresden etabliert wurde, um Anwendern und Herstellern von Reinigungstechnik und -anlagen bei der Auswahl und Entwicklung von geeigneten Reinigungsverfahren für ihre konkreten Anwendungsfälle zu unterstützen und eine praxisorientierte Qualifizierung zu ermöglichen.
Adaptive Reinigungstechnologien und innovative Inline-Verschmutzungsdetektion
In der Vergangenheit wurden Reinigungsprozesse meist am Worst-Case-Szenario ausgelegt, was eine Überdimensionierung der Ressourceneinsätze (Reinigungsmittel, Reinigungszeit, usw.) zur Folge hat. Um diesem Problem entgegenzuwirken, ist der Umstieg von einer erfahrungsbasierten auf eine modellbasierte Auslegung und Parametrierung der Reinigungsprozesse nötig. Die Experten am Fraunhofer IVV entwickeln adaptive Reinigungssysteme, die mittels neuartiger Sensortechnik, intelligenter Steuerung und digitalen Anwendungen eine verschmutzungs- bzw. produktadaptive und damit bedarfsgerechte Reinigung ermöglichen.
Ein Meilenstein war unter anderem die Entwicklung des »Adaptive Jet Cleaners « (AJC), einem Novum für die Tankreinigung. Hierdurch wurde die technische Grundlage zur gezielten, bedarfsgerechten Spritzstrahlreinigung von Maschinen, Anlagen und Behältern gelegt. Darauf aufbauend wird aktuell der »AJCsens« mit integrierter Sensorik entwickelt. Durch einen erstmalig hochintegrierten optischen Inline-Verschmutzungssensor im 360° beweglichen Düsenkopf des Zielstrahlreinigers wird ein ganzheitliches, permanentes Inline-Monitoring des Reinigungsprozesses ermöglicht. Die im »AJCsens« implementierte, selbstoptimierende Prozesssteuerung erlaubt eine bedarfsgerechte, ortsaufgelöst optimierte Reinigung der gesamten Maschinen- und Anlagenoberfläche und damit eine signifikante Ressourceneinsparung.
Grundvoraussetzung für die bedarfsgerechte Gestaltung des Reinigungsprozesses ist eine zuverlässige Detektion des Istzustandes der Verschmutzung auf den Oberflächen, wofür das Fraunhofer IVV verschiedene einsatzspezifische Inline-Lösungen entwickelt hat. Mit dem Co-ControlQCM-Sensor ist es beispielsweise erstmals möglich, den Verschmutzungszustand in geschlossenen Systemen direkt während der Fouling- und Reinigungsprozesse zu erfassen und daraus verlässliche Rückschlüsse auf den tatsächlichen Reinigungsbedarf und Reinigungserfolg zu ziehen.
Intelligente Reinigungsroboter und digitale Bediener-Assistenzsysteme
Am Fraunhofer IVV in Dresden wurde zudem eine modulare, industrietaugliche Technologielösung zur Automatisierung der manuellen Reinigung entwickelt. Der intelligente Reinigungsroboter »Mobile Cleaning Device« (MCD) begegnet den Qualitätsrisiken der manuellen Reinigung und den Herausforderungen des zunehmenden Fachkräftemangels. Die Technologie ist in zwei anwendungsspezifischen Varianten konzipiert: Die selbstfahrende "Exo-MCD" ermöglicht die Reinigung von Außenflächen, während das "Inline-MCD" die maschineninterne Reinigung über den Produktweg ergänzt. Ausgestattet mit adaptiven Zielstrahlreinigungssystemen und hochintegrierter Verschmutzungssensorik erkennt das "MCD" den Verschmutzungsgrad vollautomatisch und ermöglicht erstmals auch eine Dokumentation des Reinigungsprozesses.
Das Fraunhofer IVV entwickelt darüber hinaus Bedienerassistenzsysteme, die eine effiziente Unterstützung des Bedienpersonals bei der Erledigung seiner Arbeitsaufgaben und der nachhaltigen Störungsbeseitigung sowie ein schnelles Onboarding neuer Mitarbeitender unabhängig von deren Muttersprache ermöglichen.
Ausblick auf die Zukunft
Getrieben durch die Notwendigkeit von Kostenreduktion, Klimaschutz und gesetzlichen Vorgaben, wird die Zukunft von weiter steigenden Anforderungen hinsichtlich des Ressourceneinsatzes in der Reinigung geprägt sein. Dafür werden neue, optimierte Reinigungstechnologien notwendig werden. Ebenso wird die Automatisierung manueller Prozesse durch Roboter bzw. Drohnen fortschreiten und die Digitalisierung weiter Einzug in alle Prozesse der Wertschöpfungskette halten. Assistenzsysteme werden das Personal im Arbeitsalltag unterstützen und die Zusammenarbeit von menschlichem Personal und Robotern wird zur Normalität werden. Das Fraunhofer IVV begleitet Unternehmen mit maßgeschneiderten Technologielösungen für diese effiziente und sichere Reinigungsprozesse und unterstützt die digitale Transformation der I4.0.