Die Menge an toxischen Abfällen, die in Krankenhäusern und medizinischen Einrichtungen anfällt, steigt stetig an. Dies führt zu einem erhöhten Infektionsrisiko sowie einer zunehmenden Kontamination der Umwelt. Auch Vorschriften zur Reinhaltung von Abwässern und Deponien werden immer strenger, sodass die Geräte zur Entsorgung derartiger Abfälle neuen Anforderungen unterliegen. Zwar stehen zentrale Entsorgungslösungen bzw. Betreiberlösungen zur Beseitigung von toxischen Abfällen in hochentwickelten Industrieländern zur Verfügung, dies gilt jedoch nicht für Entwicklungs- und Schwellenländer. Mögliche Gründe hierfür sind der nicht zu unterschätzende logistische Aufwand, der einer zentralen Entsorgungsstraße entgegensteht, sowie die fehlende Qualifikation benötigter Fachkräfte zur Wartung und Reparatur derartiger Anlagensysteme. Um dieser Problematik künftig zu begegnen, werden mobile/kompakte Sterilisationsanlagen notwendig, welche mit einem entsprechenden Überwachungssystem ausgestattet sind und vom Hersteller bzw. Betreiber der Anlagen über einen Remote-Zugriff gewartet werden können. 

Zielstellung

Das Ziel des Vorhabens bestand in der Entwicklung einer Anlage, die in der Lage ist, sämtliche kontaminierte Materialien (auch Flüssigkeiten), lose sowie in versiegelten C-Boxen, zu verarbeiten. Darüber hinaus sollte ein intelligentes technisches System geschaffen werden, welches optimierte Service- bzw. Instandhaltungszeitpunkte von kritischen Baugruppen selbstständig generiert. Folgende Teilaufgaben wurden im Vorhaben formuliert:

• Entwicklung eines 4-Wellen-Schredders als neues und innovatives Zerkleinerungssystem für das Aufreißen von versiegelten C-Boxen
• Entwicklung eines intelligenten Überwachungs- und Servicemanagementsystems, mit dem man die Vielfalt des Inputmaterials und die daraus resultierende Betriebs- bzw. Fahrweise der Anlagen erkennen sowie alle relevanten Folgeaktionen in Hinblick auf Serviceaktivitäten und Servicemanagement automatisch steuern und optimieren kann

Lösungsansatz 

Während sich die ERMAFA Sondermaschinen- und Anlagenbau GmbH schwerpunktmäßig mit der konstruktiven Auslegung der Kompaktsterilisationsanlage beschäftigte, bestand die Aufgabe des ICM Chemnitz vor allem in der Identifizierung von Parametern zur Beschreibung des Maschinenzustandes sowie der Erschließung des Zusammenhanges zwischen Verschleiß und Schreddergut. Die IGF Ingenieurgesellschaft für Gebäude-, Flächen- und Anlagenmanagement mbH Chemnitz zeigte sich für die Entwicklung eines intelligenten Überwachungs- und Servicemanagementsystems verantwortlich. Für die Realisierung des Projektes wurden folgende Arbeitsschwerpunkte definiert:

• Analyse und Präzisierung des  Anforderungsbildes und der Zusammenstellung aller technologischen Anforderungen an das Gesamtsystem
• mechanische Entwicklung eines 4-Wellen-Schredders
• Untersuchung von geeigneten Messer- und Wellenwerkstoffen auf deren chemische, thermische und mechanische Eigenschaften
• Identifizierung von geeigneten Parametern für den Aufbau von Vorhersagemodellen mittels maschinellen Lernens
• Entwicklung eines intelligenten Überwachungs- und Servicemanagementsystems für Sterilisations- und Schredderanlagen

Ergebnis

Im Berichtszeitraum wurde ein 4-Wellen-Schredder für ein Kompaktsterilisationssystem für infektiöse bzw. toxische Abfälle mit intelligentem Überwachungs- und Servicemanagementsystem entwickelt. Das erarbeitete Konzept sieht einen Schredder mit 4 Wellen vor. Die beiden oberen Wellen dienen als Zuführung und schneiden das Schreddergut vor. Die beiden unteren Wellen zerkleinern anschließend das Schreddergut auf die endgültige Korngröße. Die Herausforderung bestand darin, den Schredder für extreme Umgebungsbedingungen auszulegen. Für den Einsatz einer Dampfsterilisation nach zugelassenem Verfahren des Robert-Koch-Institutes (ohne chemische Substanzen) müssen Temperaturen von ca. 140 Grad Celsius und Druckeinwirkungen von 480 mbar (Unterdruck) bis 4500 mbar (Überdruck) standgehalten werden. Dabei muss das System abrasives Schreddergut wie zum Beispiel Glas, Kunststoffe, Metalle oder Gummi zerkleinern können.

Als weiterer Schwerpunkt erfolgte der Aufbau einer Instandhaltungsstrategie für Sterilisationsanlagen durch eine Steigerung des Instandhaltungslevels von einem reaktiv geführten Service, welcher auf statisches Reagieren auf Schäden beim Kunden beruht, hin zu einem proaktiv bzw. prädiktiven Service. Dies konnte erreicht werden, indem im ersten Schritt der Aufbau eines Wartungsregimes für statische und dynamische Wartungsmaßnahmen erfolgte. Weiter wurde die Kapselung von Fehlerereignissen durch definierte Fehlercodes ermöglicht. 

Für die Charakterisierung des 4-Wellen-Schredders wurden während des Schreddervorganges verschiedene Parameter (Schredderzeit, Blockadenanzahl, Beschleunigungswerte am Schredderblock, elektrische Leistung der Motoren etc.) gemessen sowie die Qualität des Scheddermessers als auch des Schreddergutes beurteilt. Aus diesen Daten konnten relevante Kennzahlen ermittelt werden, die wiederum Informationen für eine prädiktive Instandhaltungsstrategie zulassen. Außerdem konnten aus den gewonnenen Parametern mit Hilfe von Algorithmen des maschinellen Lernens Vorhersagemodelle berechnet werden. Somit ist es zum Beispiel möglich, Schreddergut versetzt mit Metall von Schreddergut versetzt ohne Metall mit einer Genauigkeit von 85,7% zu unterscheiden. In den Abbildungen sind die Schwingungssignale und die Konfusionsmatrix dargestellt. Des Weiteren wurden gezielte Verschleißversuche am Schreddermesser durchgeführt. Auch hier konnten Zusammenhänge zwischen den ermittelten Parametern und der Qualität von Schreddermesser und Schreddergut festgestellt werden.