Projekt 17324/01

Reduzierung von Frischwasserverbrauch und Abwasseraufkommen durch Spülwasser- und Prozessmedienüberwachung in Haushalt und Industrie

Projektträger

Elektromanufaktur ZangensteinHanauer GmbH & Co. KGaA
Siemensstr. 1
92507 Nabburg
Telefon: 09433/898-138

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Geschirrspülmaschinen tragen zu einem erheblichen Anteil zum hohen Frischwasserverbrauch im Haushalt bei. Häufig wird noch gespült, wenn das Geschirr längst sauber ist. Untersuchungen haben gezeigt, dass bei ca. 60 % aller Spülvorgänge ein vorzeitiger Abbruch möglich wäre.
Das Ziel des vorliegenden Entwicklungsvorhabens besteht in der Entwicklung einer neuen Generation von Trübungs- bzw. Kombisensoren, mit denen durch Erfassung relevanter Messsignale sowie eines neuen technischen Lösungsansatzes zum Sensoraufbau und zur Störgrößenkompensation das aktuelle Ergebnis des Spülprozesses in Spülmaschinen ermittelt wird. Dies soll erheblich genauer und über einen längeren Zeitraum reproduzierbarer, als bisher vereinzelt praktiziert, erfolgen. Das Messergebnis soll ausgewertet und zum vorzeitigen Abbruch des Spülprozesses genutzt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Durchführung des F&E-Projektes ist in zwei Phasen unterteilt:
Phase I: Entwicklung eines Trübungssensors nach einem neuen Lösungsansatz sowie Ermittlung der Grundlagen zur Einbeziehung weiterer Messgrößen
Phase II: Entwicklung eines Kombisensors durch Integration weiterer Sensorelemente in das System und Nachweis der hierdurch erzielbaren technischen/umweltseitigen Vorteile (z. B. zusätzliche Einsparung von Waschmittel)
Hierzu werden Funktionsmuster für die Sensoren entwickelt (Konstruktion, Hardware, Software), aufgebaut und einem umfangreichen Testprogramm unterworfen. Dies umfasst auch Versuchsreihen unter Anwendungsbedingungen in einem speziell ausgestatteten Labor. Begleitend werden Analysen durchgeführt und Systeme gemeinsam mit Spülmaschinenhersteller erprobt und optimiert. Als Ergebnis soll die tatsächlich realisierbare Wasser-/Energieeinsparung mit dem hierfür optimalen Sensoraufbau präsentiert werden.
Zur Entwicklung optischer Baugruppen und Werkzeuge, Durchführung von Berechnungen, Simulationen und Ermittlung der Korrelation zwischen verschiedenen Sensorsignalen mittels statistischer Methoden sowie zur Entwicklung von zusätzlichen Sensorelementen wird im Projekt mit qualifizierten Auftragnehmern (Unternehmen und Forschungseinrichtungen) zusammengearbeitet.


Ergebnisse und Diskussion

Die Ergebnisse des Projektes lassen sich in folgenden Schwerpunkten zusammenfassen:
1. Optimierter Prototyp eines Trübungssensors auf Basis eines neuen Lösungsansatzes durch Nutzung von zwei Messstrecken; Nachweis einer genaueren Messung der Trübung und Verringerung von Fehlereinflüssen (bspw. Durch Alterung, Beschlag, Materialveränderung) sowie temperaturunabhängiges Messsignal.
2. Prototyp eines modular aufgebauten Kombisensors zur Erfassung weiterer Messsignale im Spülwasser (Trübung, Temperatur, Druck, Leitwert), inkl. Entsprechender Hardware und Software zur Datenauswertung.
3. Neues Verfahren zur Datenauswertung; hierdurch Ableitung konkreter Informationen zum Spülprozess aus den Messergebnissen, beispielsweise Erkennung des Anschmutzungsgrades des Geschirrs, des Beladungsgrades der Maschine, evtl. Filterverschmutzungen, Sprüharmbewegung, Wasserlevel, Art und Menge des Reinigers sowie seines Auflöseverhaltens, Lösbarkeit der Verschmutzung, tatsächliches Reinigungsergebnis usw.
Es konnte im Rahmen praxisnaher Laborversuche an entsprechend ausgerüsteten Spülmaschinen unterschiedlicher Hersteller erstmals nachgewiesen werden, dass die tatsächlich vorliegende Verschmutzung des Geschirrs bereits innerhalb der ersten Minuten des Vorspülens gemessen werden kann, woraus die Möglichkeit einer entsprechenden Steuerung des nachfolgenden Reinigungsprozesses folgt.
Die entwickelten Sensoren zeichnen sich bei Fertigung in Großserie durch einen günstigen Preis und Modularität aus, wodurch eine einfache Anpassung auf verschiedene Anwendungs- und Nutzungsfälle folgt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Entwicklung wurden namenhaften internationalen Spülmaschinenherstellern präsentiert. Hieraus folgte der Start eines nachfolgenden F&E-Projektes zur Umsetzung der Kombisensoren in neuartigen Spülmaschinen und Nutzung der Messsignale zur Steuerung der Spülprozesse, das gemeinsam mit einem marktführenden deutschen Spülmaschinenhersteller durchgeführt wird.
Die Serienfertigung und Vermarktung der Kombisensoren wird nach Abschluss dieser weiteren Entwicklungsphase durch den Antragsteller emz erfolgen, der in diesem Bereich mit handelsüblichen Trübungssensoren bereits Marktführer ist.


Fazit

Der im Projekt entwickelte neuartige Kombisensor gestattet durch Nutzung der Messergebnisse in der Maschinensteuerung bzw. einem in die Spülmaschine integrierten Vorhersagemodul die gezielte Steuerung des Spülprozesses gemäß der Verschmutzung des Geschirrs. Somit können durch Einsparung von Spülschritten, vorzeitigen Abbruch der Programme usw. erhebliche Vorteile für die Umwelt und Wirtschaftlichkeit erschlossen werden.
Da nach Erfahrungen der Geschirrspülmaschinenhersteller ca. 50% der Spülprozesse vorzeitig abgebrochen werden könnten, resultiert aus dem Projekt ein erheblicher Umwelteffekt. Berechnungen zeigen, dass bei entsprechender Marktdurchdringung zwischen 5 bis 10 Mio. m3 Wasser und Abwasser sowie ca. 360 MWh Energie im Haushalt eingespart werden können. Darüber hinaus ergibt sich die Chance einer bedarfsgerechten Reinigerdosierung und hierdurch Vermeidung von Überdosierungen und entsprechender Belastungen der Abwasser. Ferner besteht die Chance zur Übertragung der Ergebnisse auf Waschmaschinen und industrielle Anwendungen.