Laufende und vor kurzem beendete Forschungsprojekte

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Im Folgenden finden Sie einen Auszug unserer Forschungsprojekte der letzten 3 Kalenderjahre aufgeführt. Zusätzlich laufen auch ständig Projekte mit Industriepartnern, die hier nicht aufgelistet sind.




Analyse und Modellierung der gerichteten lokalen Formluftströmung auf den Thermoformprozess

Projektleitung:Dipl.-Ing. Fabian Kayatz Schreib
Beteiligte:Prof. Dr.-Ing. habil. Antonio Delgado, Dr.-Ing. Manuel Münsch
Förderer:
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungseinrichtungen
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
Mitwirkende
Institutionen:
Industrievereinigung für Lebensmitteltechnologie und Verpackung e.V.
Laufzeit:1.7.2016 - 30.6.2018
Inhalt und Ziele:Ein weit verbreitetes, kostengünstiges Herstellungsverfahren von dreidimensionalen Kunststoffformkörpern aus planen Halbzeug ist das Thermoformen. Es dient der Fertigung von technischen Bauteilen sowie Verpackungen. Nicht zuletzt aufgrund des hohen Ressourcenbedarfs für Verpackungen (70 % des weltweiten Kunststoffverbrauchs), besteht aus ökonomischen und ökologischen Aspekten ein stetiger Bedarf nach materialsparenden Technologien und Verfahren.
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes soll unter Ausnutzung der temperaturabhängigen Eigenschaften der Folie gezeigt werden, dass eine lokal gerichtete Aufbringung der Formluft und dadurch erzeugte Druck- und Temperaturunterschiede von 0,5 bar sowie 50 K auf der Folie, eine gezielte Beeinflussung der Wanddickenverteilung ermöglicht. Es wird erwartet, dass der Materialeinsatz somit bei gleichbleibenden Eigenschaften des Formteils um bis zu 15 % verringert werden kann. Die Aufbereitung der Ergebnisse in einer Richtlinie gewährleistet eine schnelle Überführung in die Unternehmen und verschafft diesen einen Vorteil auf dem wettbewerbsintensiven Verpackungsmittelmarkt, insbesondere mit Niedriglohnländern.
Kontakt:Münsch, Manuel
Telefon 09131/85 29570, Fax 09131/85 29503, E-Mail: manuel.muensch@fau.de

Energieeffiziente Trocknung auf der Grundlage lokal-stoffadaptiver Prozessintensivierung am Beispiel der automatisierten Herstellung von Teigwaren

Projektleitung:Dr.-Ing. Frauke Groß, Prof. Dr.-Ing. habil. Antonio Delgado, Dr.-Ing. Mohamed Hussein
Beteiligte:Prof. Dr.-Ing. Thomas Becker, Dipl.-Ing. Dominik Ulrich Geier
Mitwirkende
Institutionen:
FAU Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Strömungsmechanik
TU München, Lehrstuhl für Brau- und Getränketechnologie
Stichwörter:Trocknung; Lebensmittel
Laufzeit:1.2.2016 - 31.1.2018
Inhalt und Ziele:Ziel des Forschungsvorhabens ist es, am Beispiel von Teigwaren eine Prozessführungsstrategie für eine automatisierte Her-stellung zu realisieren, die Produktinhomogenitäten detektiert und reduziert oder beseitigt. Die Detektion der Inhomogenitäten soll durch Rasterung entlang der Trocknungs-kanalbreite mittels eines neuartigen, nicht-invasiven Multisensors erfolgen, der sowohl die Produktfeuchte mittels NIR-Messtechnik als auch die Oberflächentemperatur und die Farbe des Produkt optisch bestimmen kann. Die Optimierung des automatisierten Trocknungsprozesses von Rohpasta erfolgt dann durch Kompensation der Inhomogenitäten der Rohlinge mittels zusätzlicher Düsenströmung von Heißluft entlang der Trocknerbreite. Mit Hilfe von CFD-Simulationen sollen ferner Erkenntnisse über den Trocknungsprozess gewonnen werden, um darauf aufbauend einen neuartigen Trocknungskanal zu konstruieren

Entwicklung eines automatischen, selbstlernenden Inline-Systems für die adaptierte und ressourceneffiziente CIP-Reinigung am Beispiel eines Behälters mit gesteuertem Zielstrahlreiniger

Projektleitung:Prof. Dr.-Ing. Jens-Peter Majschak
Beteiligte:Dipl.-Ing. André Boye, Prof. Dr.-Ing. habil. Antonio Delgado, Dr.-Ing. Frauke Groß
Förderer:
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungseinrichtungen
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
Mitwirkende
Institutionen:
Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV) Außenstelle für Verarbeitungsmaschinen und Verpackungstechnik Dresden
FAU Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Strömungsmechanik
Stichwörter:Automatisierung; Lebensmittelsicherheit; Reinigung
Laufzeit:1.11.2015 - 30.4.2018
Inhalt und Ziele:Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines selbstlernenden Automatisierungssystems zur Inline-Optimierung von Reinigungsprozessen sowie eine hygienegerechte Integration der dafür notwendigen optischen Sensorik in das Reinigungssystem. Aufgrund der sehr komplexen Problemstellung wird das System zunächst für einen geeigneten Anwendungsfall entwickelt, um die allgemeine Machbarkeit zu demonstrieren. Diesen stellt im beantragten Projekt die Behälterreinigung mithilfe eines gesteuerten Zielstrahlreinigers dar.

Funktionsmuster einer industriellen Produktions- und Fraktionierungsanlage (Fett+Protein) von Insekten

Beteiligte:Prof. Dr.-Ing. habil. Antonio Delgado, Dr.-Ing. Mohamed Hussein, Rolf-Michael Blume
Förderer:
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungseinrichtungen
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
Mitwirkende
Institutionen:
Internationale Forschungsgemeinschaft Futtermitteltechnik e.V. - IFF
Stichwörter:Insekten; Futtermittel; Proteine
Laufzeit:1.10.2015 - 30.9.2018
Inhalt und Ziele:Die wachsende Weltbevölkerung und der folglich wachsende Bedarf an Lebensmitteln erfordert die Erschließung neuer Rohstoffe für die Fütterung von Nutztieren, aus denen Lebensmittel tierischer Herkunft produziert werden. Als Quellen, die nicht in direkter Konkurrenz zur menschlichen Ernährung stehen, können Insekten gesehen werden. Diese sollen gezüchtet und zu Futtermitteln verarbeitet werden. Im vorliegenden Vorhaben wird folglich der gesamte Weg von Züchtung der Insekten bis zur Herstellung von Futtermittel im Fokus, wobei die Ergebnisse der vorangegangenen Untersuchung genutzt werden, um dies optimal umzusetzen. Um ausreichende Mengen an Insekten herstellen zu können, ist die Automatisierung der Züchtung notwendig, die im vorliegenden Vorhaben realisiert werden soll. Dabei ist bei der zugehörigen Tötung der Insekten das Tierwohl strikt zu beachten. Ein weiterer Schritt liegt in einer effizienten Vorverarbeitung der Insekten. Diese müssen, aus Gründen der weiteren Verarbeitungsfähigkeit und Lagerbarkeit, fraktioniert, d. h. in Protein- und Fettfraktion aufgeteilt, und anschließend getrocknet werden. Insbesondere der letzte Schritt ist energetisch aufwendig, so dass die Abstimmung der Vor- und Weiterverarbeitungsschritte eine wesentliche Rolle spielt, um den Gesamtprozess energetisch effizient zu gestalten. Die Insektenfraktionen werden hier zu einem pelletierten Mischfutter verarbeitet. Die Bewertung der Mischfutterqualität erfolgt durch chemische, physikalische und ernährungsphysiologische Untersuchungen. Die Ergebnisse sollen Bestrebungen zur rechtlichen Zulassung von Insektenfraktionen für die Fütterung von Nutztieren unterstützen. Unternehmen der Mischfutterbranche können aufgrund der Ergebnisse Rezepturen unter Nutzung insektenbasierter Rohstoffen entwickeln. Für Insektenzüchter ergibt sich die Möglichkeit, die Erkenntnisse zur Automatisierung für den Gesamt- oder einzelne Teilprozesse zu nutzen.

Lebensmitteltechnologische Potentiale der innovativen, ressourcen- und produktschonenden Gashydrattechnologie am Beispiel der Konzentrierung von ausgewählten Säften"

Projektleitung:Prof. Dr.-Ing. habil. Antonio Delgado
Beteiligte:Prof. Dr.-Ing. Cornelia Rauh
Förderer:
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungseinrichtungen
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
Mitwirkende
Institutionen:
Forschungskreis der Ernährungsindustrie e. V.
Stichwörter:Fruchtsäfte; Konzentrierung
Laufzeit:1.4.2017 - 31.3.2019
Inhalt und Ziele:Ziel des Forschungsvorha-bens ist es, am Beispiel von Fruchtsäften (Apfel-, Orange- und Sanddornsaft) zu untersuchen, ob sich die Gashydrattechnologie zur Konzentrierung von flüssigen Le-bensmitteln eignet. Dabei soll CO2 als Arbeitsmedium eingesetzt werden und eine Prozessbewertung und -optimierung hinsichtlich der Effizienz des Material- und Energieeinsatzes unter besonderer Berücksichtigung der Produktqualität und des Scale-ups erfolgen. Dies geschieht systematisch im Vergleich zu etablierten Verfahren und unter besonderer Berücksichtigung von Prozessvariationen, welche mithilfe einer globalen und lokalen Modellierung abgebildet werden sollen. Dazu wird im Rahmen des Vorhabens außerdem quantifiziert, wie sich unterschiedliche Prozessbedingungen auf die Produktqualität auswirken und welche Prozessierungsansätze auch auf größere Maßstäbe übertragen werden können und damit für den industriellen Einsatz geeignet sind. Hierdurch schafft das Vorhaben belastungsfähige Grundlagen für das Design gashydratbasierter Verfahren und Produkte mit besonderer Eignung für einen Einsatz in KMU.

Untersuchungen zur Flüssigkeits-Gastrennung und Diffusion unter Anwendung poröser Medien bei kompensierter Gravitation

Projektleitung:Prof. Dr.-Ing. habil. Michael E. Dreyer
Beteiligte:Prof. Dr.-Ing. habil. Antonio Delgado, Dr.-Ing. Manuel Münsch
Förderer:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Mitwirkende
Institutionen:
Universität Bremen, Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM)
FAU Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Strömungsmechanik
Stichwörter:Phasentrennung;Parabelflug
Laufzeit:1.1.2017 - 31.12.2019
Inhalt und Ziele:Die Eigenschaften von porösen Medien sollen genutzt werden, um schwerkraftunabhängig die Trennung von flüssigen und gasförmigen Phasen zu ermöglichen.Im Rahmen von fünf erfolgreichen Experimentkampagnen mit dem Experiment „Capillary Channel Flow“ (CCF) auf der internationalen Raumstation wurden Erfahrungen mit der qualitativen Nutzung von Phasentrennungstechnologien gemacht, die in diesem Vorhaben auf eine quantitative Basis gestellt werden sollen. In der Zwischenzeit wurden die Möglichkeiten der numerischen Simulation dergestalt verbessert, dass auf Porenebene Berechnungen durchgeführt werden können und nicht mehr auf empirische Methoden zurückgegriffen werden muss. Phasentrennungstechnologien können auch zur gezielten Einbringung einer gasförmigen Komponente in eine andere Flüssigkeit genutzt werden. Auch hier gibt es qualitative Erfahrungen, die in diesem Vorhaben genauer untersucht und quantitativ dargestellt werden sollen.

Virtual Engineering in der Entwicklung und Optimierung von statischen Zerstäubungsdüsen für die Niederdruckreinigung filmischer Verschmutzungen

Projektleitung:Dr.-Ing. Manuel Münsch, Prof. Dr.-Ing. habil. Antonio Delgado
Beteiligte:Fraunhofer Gesellschaft e. V.
Förderer:
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungseinrichtungen
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
Stichwörter:Spritzreinigung; Düsen
Laufzeit:1.6.2016 - 31.5.2018
Inhalt und Ziele:Die Spritzreinigung von Oberflächen mit filmischen Verschmutzungen ist eine Standardaufgabe in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie. Verbesserungen am Reinigungssystem führen zur Einsparung an Reinigungskosten durch verkürzte Stillstandszeiten und verringerte Aufwendungen für die Reinigungsmittelaufbereitung sowie -entsorgung. Einen Beitrag dazu soll das Projekt leisten, indem durch Virtual Engineering ein grundlegend neuartiger Ansatz für die konstruktive Auslegung effizienzoptimierter Spritzreinigungsdüsen entwickelt wird. Die geplante virtuelle Düsenauslegung und Düsenoptimierung ermöglicht es künftig, Reinigungsdüsen zweckspezifisch und systematisch auszulegen, sodass schon vorab eine fast unbegrenzte Zahl an Veränderungen der Düsengeometrie virtuell und mit überschaubarem Aufwand getestet werden kann. Das hat signifikant positiven Einfluss auf die Qualität der Optimierung und folglich auf die Reinigungseffizienz der Düsen. Aufgrund der komplexen Wirkzusammenhänge beschränkt sich das Vorhaben auf das System Düse-Freistrahl-Oberfläche. In diesem abgeschlossenen System prallt der über die Düse ausgebrachte Spritzstrahl auf die zu reinigende Oberfläche. Dabei kommt es zu fluiddynamischen Effekten infolge des Impulsaustauschs des Freistrahls mit der Oberfläche bzw. Verschmutzung. Dieser Prozess induziert Kräfte, welche in der Verschmutzungsschicht Spannungen erzeugen. Erreichen diese eine anwendungsspezifische Größe, erfolgt eine nachhaltige Schädigung mit daraus resultierendem Abtrag der Verschmutzung. Um den bei dieser Betrachtungsweise aufgeworfenen wissenschaftlich-technischen Herausforderungen in geeigneter Weise zu begegnen, soll die grundsätzliche Idee des aus der Mechanik bekannten Mohrschen Spannungskreises auf das Reinigungsverhalten von Verschmutzungsfilmen übertragen werden. Zusammen mit wohlfundierten strömungsmechanischen Bilanzgleichungen bildet dies eine tragfähige Grundlage für das geplante Virtual Engineering wirkungsoptimierter Niederdruckspritzdüsen.

Wissensbasierte Reduzierung des Energie- und Wasserbedarfs bei der Weinerzeugung mittels informationstechnologischer Hybride auf der Grundlage von Referenz-Petri-Netzen

Projektleitung:Dr.-Ing. Frauke Groß, Prof. Dr.-Ing. habil. Antonio Delgado
Beteiligte:Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum (DLR) Rheinpfalz Abt. Weinbau und Önologie
Förderer:
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungseinrichtungen
Mitwirkende
Institutionen:
Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V.
Stichwörter:Energieeffizienz; Wasserbedarf; Petri-Netze; Prozessautomatisierung
Laufzeit:1.5.2015 - 31.8.2018
Inhalt und Ziele:Ziel des Forschungsvorhabens ist die Reduzierung der Energie- und Wasserbedarfs bei der Weinerzeugung. Dazu soll ein hybrides, informationstechnologisches Werkzeug basierend auf Referenz-Petri-Netzen entwickelt werden, das in die Prozessleitebene der Betriebe integrierbar ist und auf im Prozess erfassten Daten eine Echtzeit-Abbildung und Visualisierung des Gesamtprozesses realisieren kann.