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1: Vorher: Das WTSRF-Selbstreinigende Filter aus Edelstahl mit Kantenspaltelement in derfrei drehbar im Gestell gelagerten Version. Das System ist bereits auf einfache Reinigung hin konzipiert, muss aber noch in Einzelteile zerlegt werden. (Bilder: Wolftechnik)

  • Der Hersteller hat sein zuvor auf Handling, Montage und Reinigung optimiertes selbstreinigendes Filtersystem im Hygienic Design weiterentwickelt und dabei letzte vorhandene Ecken, Kanten und Hinterschneidungen eliminiert.
  • Mit dem totraumfreien System ist Chargenbetrieb in der Lebensmittelproduktion mit Cleaning-in-Place ohne Zerlegen der Bauteile möglich.

Das stellt hohe Anforderungen an die Konstruktion der Bauteile. Um die Grundanforderung zu erfüllen, muss das Design so ausgeführt sein, dass jedes Risiko einer Gesundheitsgefährdung ausgeschlossen ist: Gehäuse dürfen keine überflüssigen Ecken, Kanten und Toträume aufweisen. Rohrleitungsstutzen müssen optimal angebracht sein. Dichtungen müssen plan abschließen und Zwischenräume komplett ausfüllen. Auch Sensoren müssen hygienegerecht eingebaut werden. Nur so lassen sich Gehäuse und Innenraum einfach und rückstandsfrei reinigen.

Optimiert, aber noch mit Aufwand

Selbstreinigende Filtersysteme von Wolftechnik werden vielfältig eingesetzt. Als Vorfilter vor Pumpen, als Grobfilter bei Rohstoffanlieferung aus Tankwagen, als Schmutzfilter für Düsen bei Beschichtungsanlagen, als Endfilter bei der Abfüllung in Gebinde oder als Partikelfilter zum Schutz von Wärmetauschern und Kühlanlagen sind sie bereits etabliert. In der Lebensmittelindustrie dienen selbstreinigende Filtersysteme beispielsweise als Umwälzfilter für Speiseöl, Kochwasser oder Waschwasser sowie als Feinfilter für Schokolade, Sirup oder Gelatine. Die ständige Reinigung der Filteroberfläche verhindert ein Zusetzen des Filters.

Beim selbstreinigenden Filter WTSRF befindet sich im Inneren des Druckbehälters ein Kantenspaltelement, welches durch eine Welle in eine kontinuierliche Drehbewegung versetzt wird. Die Spaltweite entspricht dabei der Filterfeinheit. Das Filtrat strömt von außen nach innen durch das Kantenspaltelement. Die Welle wird mit einem Drehstrom-Schnecken-Getriebemotor angetrieben. An der Seite des Kantenspaltelements steht ein fest montiertes Abstreiferblech, welches die Partikel von der Oberfläche des Kantenspaltelements abstreift. Die so abgestreiften Partikel sedimentieren zum Boden, von wo die Abschlämmung wahlweise manuell oder durch eine automatische Abschlämmvorrichtung erfolgt.

Das selbstreinigende Filter aus Edelstahl mit Kantenspaltelement ist bereits hinsichtlicht Reinigbarkeit und Handling optimiert: Das gesamte Gehäuse lässt sich zur besseren Zugänglichkeit in einem fahrbaren Gestell frei drehbar lagern. So können Anwender auch bei schräg gestelltem Filter das Filterelement zusammen mit dem Abstreiferkäfig einfach nach oben aus dem Gehäuse herausziehen, und der komplette Innenraum des Gehäuses liegt frei. Durch die spezielle Stutzenlage von Eintritt, Austritt, Rückspülung und Ablass lässt sich das Filtersystem komplett restentleeren.

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2: Nachher: Das nach Richtlinien des Hygienic Design weiterentwickelte Filtersystem ist totraumfrei und mittels Cleaning-in-Place zu reinigen.

Aufgabe: Reinigen ohne Zerlegen

Dennoch gab es bislang Stellen, an denen sich noch Verunreinigungen festsetzen konnten: Der Abstreiferkäfig mit seinen Schrauben und Muttern und der Einstellung der Anpresskraft des Abstreiferelements ist in seiner Gesamtheit nicht optimal reinigbar. Vor dem Chargenwechsel musste das selbstreinigende Filter deshalb für die Reinigung zerlegt werden, um alle Rückstände restlos beseitigen zu können.

Ein deutsches Familienunternehmen, das Fruchtaufstriche und Konfitüre in unterschiedlichen Qualitäten und Fruchtsorten sowie Sirupe herstellt, setzt solche Filter im Prozessschritt vor dem Abfüllen ein. Bei Erdbeerkonfitüre werden die kleinen Körnchen, bei Aprikosenkonfitüre Splitter der Kerne und Häute der Aprikosenfrucht herausgefiltert. Fruchtaufstriche und Konfitüren werden im Chargenbetrieb produziert: Auf Waldfrucht- folgt beispielsweise Sauerkirsch-Konfitüre und darauf wieder die nächste Sorte. Der Reinigungsaufwand zwischen den einzelnen Chargen ist signifikant: In manchen Lebensmittelbranchen beläuft er sich auf bis zu 25 % der Produktionszeiten.

Um diesen Prozess effizienter zu gestalten, stellten sich die die Ingenieure und Techniker des Filterherstellers die Aufgabe, das selbstreinigende Filter so weiter zu entwickeln, dass das Zerlegen des Filters zur Reinigung beim Chargenwechsel entfallen kann. In die Entwicklung floss das Ergebnis eines gemeinsamen Forschungsprojektes mit dem Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik der Universität Karlsruhe ein. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wandte sich der Hersteller an das studentische Ingenieurbüro Studentec am Karlsruher Institut für Technologie. Die Aufgabenstellung lautete, den bestehenden selbstreinigenden Filter unter den Aspekten des Hygienic Design laut EHEDG zu überarbeiten.

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3+4: Detailansicht: Antrieb und Eintrittsstutzen sind oben am Gerät angebracht (3), der Austrittsstutzen zeigt nach unten (4). Die inneren Oberflächen sind poliert und lassen keine Anhaftungen zu.

Nach EHEDG umkonstruiert

Die selbstreinigenden Filter bestehen aus den vier Baugruppen Filtergehäuse, Antrieb, Filterelement und Anbauteile, die individuell an bestehende Anforderungen anzupassen sind. Bei der Weiterentwicklung des bestehenden Filtersystems wurden neben der Dimensionierung des Filtergehäuses, des Abstreiferkäfigs und der Filterkörperaufnahme auch Details, wie die Konstruktion des Deckels, des Bodens und des Gestells betrachtet. Beim Hygienic Design spielen unter anderem die eingesetzten Werkstoffe und deren Oberflächen eine wichtige Rolle. Neben der Gestaltung der Anlagenkomponenten wird zudem die Gestaltung des Prozessumfelds betrachtet.

Am neu entwickelten WTSRF-EHEDG-Selbstreinigenden Filter wurden insbesondere die Wellendurchführung, sämtliche Dichtungen und alle Ecken und Kanten auf ein Hygienic Design nach den Richtlinien der EHEDG umkonstruiert. Zudem wurden alle Toträume ohne Umspülung eliminiert, was dazu führte das der Antrieb und der Eintrittsstutzen nun oben am Gerät angebracht sind und der Austrittsstutzen nach unten zeigt. Innen im Behälter fallen die glatt polierten Oberflächen und Radien auf, die keine Haftung für Verunreinigungen zulassen.

Der Behälter kann mit Reinigungsmedium durchspült werden und ist danach ohne ein manuelles Nachputzen frei von Restverunreinigungen und Mikroorganismen. Durch konsequent umgesetzte Richtlinien der EHEDG bei der Konstruktion der Komponenten lassen sich Lebensmittel auch im Chargenbetrieb ohne Zerlegung der Bauteile nur durch Cleaning-in-place (Cip) sicher und in gleichbleibender Qualität sowie mit einer angemessenen Haltbarkeit herstellen. Die Gestaltung im Hygienic Design vermindert den Reinigungsaufwand deutlich. Das spart unter dem Strich Zeit, Arbeitskraft und Reinigungsmittel. Zudem wird die Umwelt geschont und entlastet sowie die Produktqualität verbessert.

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