Die Firma Tuchenhagen GmbH ist ein weltweit renommierter Anlagenhersteller für die Prozessindustrie. Bei der Produktion und Verarbeitung von Lebensmitteln sind hygienische Reinheit und hochwertige Qualität sehr wichtig. Das kann nur durch einwandfrei saubere Bearbeitungsanlagen und direkte Reinigung von Anlagenteilen wie Tanks, Rohrleitungen und Pumpen, nach Beendigung der Produktion bzw. vor Beginn einer neuen Produktionsphase gewährleistet werden [1]. Hinsichtlich der Verarbeitung und des Einbaus von Anlagenteilen in Lebensmittelbetrieben sind die Vorschriften unter dem Begriff des „Hygienic Designs“ in entsprechenden Regelwerken festgehalten [2]. Hier sind exemplarisch europäische Organisationen wie die EU Kommission, die European Food Safety Authority (EFSA), das Comité Européen de Normalisation (CEN) sowie die European Hygienic Engineering & Design Group (EHEDG) zu nennen [3]. Damit Produkte diesen Anforderungen entsprechen, muss vor allem die Hygiene im Produktionsprozess einwandfrei sein. Dabei muss darauf geachtet werden, dass sowohl primäre Kontaminationen, z.B. durch die verwendeten Rohstoffe, als auch sekundäre Kontaminationen, z.B. durch verunreinigte Anlagen, während der Herstellung und Verpackung so gering wie möglich gehalten bzw. ganz vermieden werden [4]. Damit soll verhindert werden, dass im Produkt Mikroorganismen oder Toxine entstehen können.
Um diese gesundheitliche Bedrohung der Konsumenten auszuschließen, bzw. so gering wie möglich zu halten, ist eine gründliche Reinigung von Produktionsanlagen wichtig.
Bei den Untersuchungen für die vorliegende Arbeit werden die Rohstoffe und Materialien für die Überwachungssensoren solcher Produktionsanlagen untersucht. Im Rahmen der „cleaning in place“ (CIP)-Reinigung werden Sensoren für die automatischen Reinigungsprozesse eingesetzt [5].
In diesem Projekt werden Sensoren aus unterschiedlichen Werkstoffen der Firma Jumo untersucht. Dabei werden die Sensoren auf ihre chemischen und dynamischen Eigenschaften geprüft. Nach den Versuchen werden die Ergebnisse ausgewertet und analysiert ob die Werkstoffe sich als Herstellstoff für Sensoren eignen und ob man sie einsetzen kann.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Theoretische Grundlagen der Kunststoffe
2.1 Eigenschaften des Materials PEEK
2.2 Eigenschaften des Materials PVDF
2.3 Eigenschaften des Dichtungsmaterials EPDM und Silikon
3 Chemische Versuchsbeschreibung
3.1 Oberflächenmessungen der einzelnen Sensoren
3.2 Bestimmungen des Gewichtes der einzelnen Sensoren
3.3 Durchführung der chemischen Prüfung
3.4 Auswertung der chemischen Prüfung
3.5 Zusammenfassung und Diskussion der chemischen Prüfung
4 Dynamische Versuchsbeschreibung
4.1 Aufbau der Versuchsanlage
4.2 Durchführung der dynamischen Prüfung
4.3 Auswertung der dynamischen Prüfung
4.4 Zusammenfassung und Diskussion der dynamischen Prüfung
5 Zusammenfassung und Auswertung der Ergebnisse
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die chemische und dynamische Beständigkeit von Sensoren der Firma Jumo, die in automatisierten Reinigungsprozessen (CIP) der Prozessindustrie eingesetzt werden. Ziel ist es, durch experimentelle Versuche zu ermitteln, ob die gewählten Werkstoffe (PEEK, PVDF, EPDM, Silikon) den hohen Anforderungen an Temperatur- und Druckwechsel standhalten und sich für den Einsatz in lebensmittelverarbeitenden Anlagen eignen.
- Materialanalyse von PEEK und PVDF sowie EPDM und Silikon
- Durchführung von chemischen Beständigkeitsprüfungen in Salpetersäure und Natronlauge
- Simulation von CIP-Reinigungsprozessen unter realitätsnahen Bedingungen
- Untersuchung von mechanischen Veränderungen und Dichtigkeit
- Bewertung der Eignung der Werkstoffe für den industriellen Dauereinsatz
Auszug aus dem Buch
3.5 Zusammenfassung und Diskussion der chemischen Prüfung
Die Auswertungen der chemischen Versuche haben ergeben, dass die Sensoren beständig gegen Basen und Säuren sind. Die untersuchten Werkstoffe der Sensoren eignen sich als Rohstoffmaterial für Sensoren in der Prozessindustrie. Die Ergebnisse zeigen, dass die Werkstoffe gegen Säure und Base beständig sind und keine Änderungen stattfanden.
Die Abweichungen, die rein rechnerisch im Bereich der Massenänderung und Längenänderung vorhanden sind, sind eher als Messabweichung bzw. Messfehler zu betrachten. Fehler entstanden beim Wiegen der einzelnen Sensoren, weil die Waage nie genau auf null einzustellen war. Die Waage im Labor schwankte beim wiegen immer zwischen 0,001 g bis 0,002 g.
Die untersuchten Sensoren haben sich im Reinigungsprozess gegen Säuren, Basen und Temperatur als beständig gezeigt. Der Verlauf der chemischen Prüfung hat ergeben dass sich die Materialien einwandfrei für die Herstellung dieser Sensoren eignen. Das kann man auch sehr gut an den vorangegangenen Abbildungen vor und nach dem Versuch erkennen.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Notwendigkeit hygienischer Reinigungsprozesse in der Lebensmittelindustrie und die Zielsetzung der Materialprüfung für Sensoren.
2 Theoretische Grundlagen der Kunststoffe: Erläutert die technischen Eigenschaften der verwendeten Materialien PEEK, PVDF sowie der Dichtungsmaterialien EPDM und Silikon.
3 Chemische Versuchsbeschreibung: Detailliert den Ablauf der chemischen Beständigkeitsprüfung gemäß DIN ISO 1817 unter Verwendung von Salpetersäure und Natronlauge.
4 Dynamische Versuchsbeschreibung: Dokumentiert den Aufbau der Versuchsanlage und die Durchführung eines 2-wöchigen Dauerversuchs zur Simulation von CIP-Reinigungsprozessen.
5 Zusammenfassung und Auswertung der Ergebnisse: Fasst die Resultate der chemischen und dynamischen Prüfungen zusammen und bewertet die Eignung der getesteten Sensoren.
Schlüsselwörter
Prozessindustrie, CIP-Reinigung, Sensortechnik, PEEK, PVDF, EPDM, Silikon, Materialbeständigkeit, Chemische Prüfung, Dynamischer Dauerversuch, Lebensmittelhygiene, Salpetersäure, Natronlauge, Jumo, Hygienic Design.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Projektarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Beständigkeit von industriellen Leitfähigkeitssensoren der Firma Jumo gegenüber chemischen Reinigungsmitteln und dynamischen Belastungen durch Temperatur- und Druckwechsel in automatisierten Reinigungsprozessen.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die zentralen Felder umfassen die Materialkunde von Hochleistungskunststoffen wie PEEK und PVDF, die Konzeption von CIP-Reinigungsprozessen (Cleaning in Place) sowie die praktische Durchführung von Härtetests unter Laborbedingungen.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das primäre Ziel ist zu klären, ob die eingesetzten Werkstoffe der Sensoren den extremen Bedingungen moderner Reinigungsprozesse in der Lebensmittelindustrie ohne Qualitätsverlust oder Leckagen standhalten können.
Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zum Einsatz?
Es werden sowohl chemische Beständigkeitsprüfungen nach DIN ISO 1817 durchgeführt als auch ein dynamischer 2-wöchiger Langzeittest, bei dem die Sensoren regelmäßig extremen Druck- und Temperaturschwankungen ausgesetzt werden.
Was umfasst der Hauptteil der Arbeit?
Der Hauptteil gliedert sich in theoretische Grundlagen, die detaillierte Beschreibung und Auswertung der chemischen Prüfschritte sowie die ausführliche Analyse des dynamischen Versuchsaufbaus und der daraus resultierenden Ergebnisse.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Untersuchung?
Die wichtigsten Begriffe sind CIP-Reinigung, Materialbeständigkeit, PEEK, PVDF, chemische Resistenz und Prozessüberwachung.
Warum fiel der Sensor 2 aus dem Material PVDF im dynamischen Test aus?
Der Sensor 2 hielt den extremen Temperatur- und Druckwechseln im Dauerversuch nicht stand; er wies nach dem Test Verformungen, Längsrisse und deutliche Farbveränderungen auf, was zu Leckagen führte.
Welche Schlussfolgerung zieht der Autor für die Praxis?
Der Autor empfiehlt, bei Sensor 2 (PVDF) kürzere Wartungsintervalle einzuplanen oder alternative Werkstoffe für kritische Fertigungsprozesse zu wählen, während die Sensoren 1 und 3 den Test erfolgreich bestanden haben.
- Arbeit zitieren
- Resül Erdagi (Autor:in), 2012, Chemischer Beständigkeits- und dynamischer Dauerversuch mit den Sensoren für Reinigungsprozesse in der Prozessindustrie, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/206021
