Automatisiertes Verfahren zur Füllstandskontrolle entwickelt
In seiner Masterarbeit im Studiengang Technisches Produktionsmanagement beschäftigte sich Mike Duddek interdisziplinär mit automatisierter Füllstandssensorik für das Mülheimer Unternehmen GERSTEL.
Die in Mülheim an der Ruhr ansässige familiengeführte GERSTEL GmbH & Co. KG ist auf die Entwicklung und Herstellung von Systemen und Geräten für die instrumentelle chemische Analytik spezialisiert, insbesondere im Bereich der Gas- und Flüssigchromatographie (GC/LC) in Verbindung mit der Massenspektrometrie (GC/MS; LC/MS). Schwerpunkte setzt das mittelständische, international tätige Unternehmen in der Automatisierung der Probenvorbereitung und der Probenaufgabe sowie im Bereich der Thermodesorption.
Die Bestimmung organischer Verbindungen in unterschiedlichen Stoffen und Matrices erfordert nicht selten den Einsatz verschiedener Lösungsmittel, die vor allem im automatisierten Analysebetrieb zu jeder Tages- und Nachtzeit in hinreichender Menge verfügbar sein sollten, um einen reibungslosen und unterbrechungsfreien Analyseprozess gewährleisten zu können.
Gegenwärtig wird jedoch erst „das Fehlen eines Lösungsmittels erkannt und der Messprozess automatisch bis zum Zeitpunkt des Nachfüllens unterbrochen. Dadurch können ungeplante Stillstandzeiten entstehen“, erläutert Mike Duddek den Ist-Zustand. Zur Vermeidung dieser Stillstandzeiten forschte und entwickelte Duddek im „Internet-of-Things-Labor“ der HRW eine Sensorlösung, die den Füllstand in den Lösungsmittelbehältern kontinuierlich überwacht, rechtzeitig eine Warnung an den zuständigen Anwender im Analysenlabor versendet, um das entsprechende Lösungsmittel aufzufüllen.
Mit dem Ziel einer praxistauglichen Lösung formulierte Gerstel eine umfangreiche Liste an Anforderungen ins Pflichtenheft: Das Messsystem (Kommunikation und Stromversorgung) sollte aus einer eigenständigen Basisstation bestehen, drahtlos funktionieren und per E-Mail informieren, wenn eine kritische Füllstandsmarke erreicht ist. Sämtliche Füllstände sollten sich auf einem Webinterface übersichtlich darstellen lassen, und das Sensorsystem sollte mit allen eingesetzten Vorratsbehältern über Adapter kompatibel sein – und, nicht zuletzt, einfach zu bedienen sein. Jede Menge Anforderungen, die Mike Duddek lösen musste.
Das Ergebnis vorweg: Mike Duddek hat die Anforderungen erfüllt und der Firma Gerstel einen Prototyp des gewünschten Sensorsystems erstellt, der den Anforderungen des Unternehmens laut eigenen Angaben entspricht und nun als Plattform für die Weiterentwicklung dient. Die Stromversorgung des Systems funktioniert unter Einsatz handelsüblicher Batterien, einfach zu handhabende Adapter ermöglichen die Verwendung unterschiedlich großer Vorratsbehälter und der Datentransfer zwischen Messsystem und Basisstation erfolgt per Funkübertragung. Aus der Entwicklungsarbeit von Mike Duddek stammen zudem die Platine für die Sensoren, die gesamte Elektronik sowie eine Software, die eine übersichtliche Darstellung der aktuellen Füllstände im Webinterface ermöglicht.
Prof. Dr. Joachim Friedhoff, Institutsleiter Maschinenbau, betreute die Forschungsarbeit und erklärt: „Die Masterarbeit von Mike Duddek ist ein gelungenes Beispiel dafür, wie akademische und dennoch praxisnahe Ausbildung in Anwendung übergeht, wie der Wissensaustausch zwischen Unternehmen und Hochschule gelingen kann. Gleichzeitig ist es für Studierende motivierend und spannend. Denn wir zeigen Studierenden und auch Studieninteressierten mit derartigen Praxisarbeiten wie Studium und Lehre an der HRW mit den Unternehmen der Region verzahnt sind.“
Die zunehmende Digitalisierung von Arbeitsprozessen macht auch vor der instrumentellen chemischen Analytik nicht halt. „Die Möglichkeit, die tatsächlichen Lösungsmittelfüllstände während laufender Analyseprozeduren in Echtzeit zu erhalten, bedeutet für uns einen großen Schritt in Richtung Analytik 4.0“, sagt Ralf Bremer, Geschäftsführer der GERSTEL GmbH & Co. KG. In Zukunft setze das Unternehmen zunehmend darauf, die Möglichkeiten, die das Internet-of-Things bietet, bei eigenen Systemlösungen zu nutzen.
Unterstützt wurde das Entwicklungsprojekt mit einem Innovationsgutschein für kleinere und mittlere Unternehmen durch das Land Nordrhein-Westfalen. Sie dienen als Eintrittskarte zu den Forschungslaboren der Hochschulen und Institute. Der Innovationsgutschein ermöglicht dort die vergünstigte Nutzung von Know-how und Infrastruktur zur Entwicklung neuer Produkte, Verfahren und Dienstleistungen.
