Intelligenter Filter für Medizintechnik und Pharma Industrie
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Intelligenter Filter
für Medizintechnik
und Pharma Industrie
Die Reinhaltung von Gasen und
Flüssigkeiten ist wichtiger Bestand-
teil von Prozessen in der Medizin-
technik und Pharma Industrie. Mit
Hilfe von Filtern wird eine Konta-
mination durch Fremdkörper un-
terbunden und der gewünschte
Reinheitsgrad sichergestellt. Filter
leisten damit einen unentbehrli-
chen Beitrag zur Sicherheit von
Herstellungsprozessen als auch von
Medizingeräten.
Filtereinsätze, Steckeinsätze, microfilter GmbH
Allerdings verschmutzen Filter im tierte Ausrichtung sind die Filter-
Betrieb und setzen sich zu. Dies systeme in einem breiten Bran-
kann zu kostspieligen Stillstands- chenmix im Einsatz. So werden
zeiten von Produktionsanlagen auch Filter für die Medizintechnik
oder dem Ausfall von Geräten entwickelt - einem Anwendungs-
führen. Um eine zuverlässige gebiet das sehr hohe Ansprüche
Aussage über den Zustand eines an Qualität und Leistungsfähigkeit
Filters zu treffen, entwickelt die fordert. microfilter setzt hier auf
microfilter GmbH zusammen mit innovative Verfahrenstechniken
der Hochschule der Bayerischen um den hohen Anforderungen zu
Kleinstfiltereinsätze, microfilter GmbH Wirtschaft (HDBW) ein „intelli- genügen: Mittels Micro-Laser-
gentes“ Filter Analyse System, schweißtechnik aus der Dental-
ausgestattet mit spezieller und technik werden Kleinstfilter mit
Intelligenter Filter
vernetzter Sensorik. Damit soll Durchmessern von nur 3 - 4 mm
der Verschmutzungsgrad zuver- in höchster Qualität gefertigt.
lässig und selbständig erkannt und Derartige Filtereinsätze werden
die Restlaufzeit von Filtern mit dieser Technologie etwa für
bestimmt werden. Geräte zur Blutanalyse herge-
Die microfilter GmbH ist ein stellt, welche zur Bestimmung
innovatives Unternehmen spe- von Virenstämmen in der Diag-
zialisiert auf die Herstellung von nostik im Einsatz sind. Die Filter-
Druckfiltern, Hochdruckfiltern einsätze schützen sowohl Micro-
und Filtereinsätzen. Seit 1973 Zahnpumpen als auch Ventilein-
produziert die Firma Filtersyste- heiten vor Schmutzpartikeln. Für
me für flüssige und gasförmige die Filtration von Gasen werden
Medien — von Einzelstücken über sogenannte inline-Filter zum Bei-
Micro-Laserschweißtechnik, microfilter Kleinmengen bis zu Serienferti- spiel für Beatmungsgeräte herge-
GmbH
gungen. Durch die kundenorien- stellt.
Intelligenter Filter 31
Wesentlicher Vorteil des Herstel- Filters, muß die Anlage angehalten tersystem ist über eine Internet-
lungsverfahrens ist die direkte werden. Kostspielige Stillstandzei- basierte Technologie vernetzt (Fir-
Verschweißung des Feingewebes ten treten auf, bis das Ersatzteil mennetzwerk, Internet), meldet
mit den massiven Bauteilen des geliefert und installiert ist. Insbe- die Messdaten über ein Maschine-
Filtereinsatzes. Dadurch können sondere wenn kundenspezifische to-Maschine (M2M) Protokoll und
absolut verschweißte Filter ohne Lösungen verbaut sind, müssen die kann auch z.B. für den Lieferan-
Leckagen hergestellt werden. Die Ersatzteile wie etwa Membranen ten/Hersteller sichtbar sein. Die
Schweißnähte sind filigran, durch individuell gefertigt werden. Meldung eines bevorstehenden
eine geringe Wärmeeinbringung Ausfalls geht damit auch direkt an
wird das Gefüge nicht verändert. Intelligentes verbundene Serviceunternehmen.
Die Herstellung ist absolut kleb- Filter Analyse System Ersatzteile werden bereits vor dem
stofffrei. In Zusammenarbeit mit der Hoch- bevorstehenden Ausfall des Bautei-
schule der Bayerischen Wirtschaft, les gefertigt und können rechtzei-
Filtration in Industrieanlagen München entwickelt die microfilter tig angeliefert und getauscht wer-
Auch in Industrieanlagen stellen GmbH ein Filtersystem, welches den, bevor es zum Stillstand der
Filter die Reinhaltung des Medi- mit Sensoren und intelligenten Anlage kommt. Dies eröffnet die
ums sicher. Sie dienen z. B. als Algorithmen ausgestattet ist. Diese Möglichkeit ganz neue Geschäfts-
Vorfilter zur Abtrennung von Fest- sollen den Verschmutzungsgrad er- modelle, z.B. „Filter-as-a-Service“ -
stoffen aus Zuckersirup, als Be- kennen und die Restlaufzeit des zu entwickeln und anzubieten. In
und Entlüftungsfilter für Lager- Filters abschätzen können. Das einem solchen Geschäftsmodell
tanks, als Fermenter- oder Steril- intelligente Filter Analyse System erwirbt ein Anlagenbetreiber in
Filter zur Entfernung von organi- soll zum Beispiel in Geräten, einem Abo-Bezahlmodell eine
schen Verunreinigungen. Oft ist hydraulischen Anlagen, für Kühl- Dienstleistung, die ihm zu jedem
eine Vielzahl von Filtersystemen in schmierstoffe oder für die Filtra- Zeitpunkt einen für seine Anwen-
einer Anlage verbaut. Nur bei einer tion von Gasen zum Einsatz kom- dung ausreichend sauberen Filter
zuverlässigen Filtration, zum Bei- men. Derartige Anlagen sind typi- zusichert.
spiel bei Hydraulik- und Schmier- scherweise mit mehreren Filtern
anlagen, können sowohl die maxi- ausgestattet, um die Reinhaltung Fluidmechanische Analysen
male Prozesssicherheit gewährleis- des Fluides sicherzustellen. und intelligente Software
tet als auch Prozesse wirtschaftlich Im Gegensatz zu bisherigen Lö- Ein zuverlässiges Erkennen des
optimiert werden. Jedoch setzt sich sungen kann der Filter bereits Verschmutzungsgrades soll durch
durch die permanente Filterung frühzeitig, d.h. bis zu einigen fluidmechanische Analysen und
des Mediums der Filter im Betrieb Tagen und Wochen einen bevor- darauf aufbauender intelligenter
über die Zeit zu und die erforder- stehenden Ausfall erkennen. Neu- Algorithmen realisiert werden.
liche Durchflussrate kann nicht artig ist dabei auch die Art der Ver- Technisch anspruchsvoll ist das
mehr erreicht werden. Kommt es netzung. Sie folgt dem Leitgedan- zuverlässige Erkennen des Zustan-
zum kompletten Verschluss eines ken von Industrie 4.0, d.h. das Fil- des eines Filters anhand der zur
Prinzip des Intelligenten Filter Analyse Systems mit Anbindung an eine Cloud Lösung
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Ausfallzeiten der Anlagensysteme
aufgrund von Filterverschmutzung
minimiert werden können. Zusätz-
lich eröffnet das Sammeln aller Fil-
termesswerte (Big Data) die Mög-
lichkeit, das Modell in Abhängig-
keit von Filterparametern, Medium
etc. weiter zu verfeinern. Auch
können zukünftig insbesondere aus
der Auswertung von Störgrößen
(Zeitverlauf, Häufigkeit, etc.) Rück-
schlüsse auf die Gesamtanlage ge-
zogen werden.
Die Entwicklung des Filterana-
lyse Systems wurde seit 2017 im
Rahmen des Zentralen Innova-
tionsprogramms Mittelstand (ZIM)
des Bundesministerium für Wirt-
schaft und Energie gefördert.
Eine Weiterentwicklung des Sys-
tems wird angestrebt. Als nächs-
Teststand zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades an der Hochschule der ter Schritt werden umfangreiche
Bayerischen Wirtschaft, München Strömungsmessungen und Simu-
lationen am Teststand durchge-
Verfügung stehenden Sensorda- Zukünftig können so die erfor- führt, um die Grundlage für ein
ten. Dabei muss eine eindeutige derlichen Randparameter unter- robustes Analyse System zu
Korrelation zwischen Druckdiffe- schiedlicher Filter und Medien gewinnen.
renz und Verschmutzungsgrad gefunden und die Bewertung
hergestellt werden können. Diese mittels Parametrisierung der
Messung darf nur einen geringen Softwarelösung zur Verfügung
Toleranzbereich aufweisen, um gestellt werden. Die intelligente
etwa den Stillstand einer Anlage Lösung soll dabei einen Abgleich Autoren:
zu vermeiden. zwischen typischen und zu PD Dr. Ing. Thomas
Um das technische Risiko zu erwartenden Verschmutzungsgra- Schmid
minimieren, werden an der Hoch- den sowie den tatsächlich gemes- Hochschule der Bayeri-
schen Wirtschaft
schule der Bayerischen Wirt- senen Werten durchführen (Mus- e-mail:
schaft umfangreiche Testreihen teranalyse) und erstellt mit Hilfe thomas.schmid2@
am Versuchstand sowie numeri- der gespeicherten Eichkurve und hdbw-hochschule.de
sche Strömungssimulationen mit Bewertung eine Restlaufzeitkur- Prof. Dr. Ing.
verschiedenen Filtertypen durch- ve. Diese weist aufgrund der Norbert Fritsche
geführt. Mit Hilfe eines speziell fluidmechanischen Eigenschaften Hochschule der Bayeri-
entwickelten Testaufbaus kann des Filters ein stark nicht-lineares schen Wirtschaft
e-mail: norbert.fritsche
zudem die Öffnungsfläche eines Verhalten auf. Sensitivitäten bzgl. @hdbw-hochschule.de
Filters am Teststand präzise der fluidmechanischen Parameter
simuliert und mit den Strö- wie zum Beispiel dem Einfluss Michael Salm
mungsparametern korreliert wer- von Temperatur und Viskosität
Geschäftsführer
den. Damit lässt sich in Zukunft sowie eine Fehlerabschätzung microfilter GmbH
ein mehr fundierter Rückschluss führen zur Berechnung der Aus- Robert-Bosch-Straße 9
74632 Neuenstein
zwischen Filtertyp, Verschmut- fallwahrscheinlichkeit sowie der zu e-mail:
zungsgrad und Strömungswider- erwartenden Restlaufzeit des Fil- info@microfilter.de
Tel: 07942-75630-0
stand bestimmen. Auf dieser ters.
Grundlage ist das neuartige Filter Basierend auf diesem Modell und Forschungskoordination:
Analyse System in der Lage, eine der Software-Lösung soll über PD Dr. Ing. Josephine Müller
Restlaufzeitkurve des sich immer eine Cloud-Anwendung eine Hochschule der Bayerischen Wirtschaft
e-mail:
mehr zusetzenden Filters zu be- „Predictive Maintenance“-Dienst- josephine.mueller@hdbw-hochschule.de
rechnen. leistung realisiert werden, so dass
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