Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS»CLeo« entwickelt innovatives Verfahren zur smarten Qualitätssicherung für Filtermodule
Sichere Wasserfilter: Laserbasiertes Prüfsystem erkennt automatisiert Leckagen mit höchster Präzision
Ein neues Prüfsystem soll Leckagen in Filtermodulen automatisch, zerstörungsfrei und in Echtzeit erkennen. Entwickelt wird es im Projekt »CLeo« unter der Leitung von DBI Gas- und Umwelttechnik. Das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Optische Messtechnik und Oberflächentechnologien AZOM entwickelt dafür ein laserbasiertes Leckdetektionsverfahren und eine KI- Auswertung. Das Prüfsystem soll die bisher manuelle Qualitätskontrolle in der Membranproduktion grundlegend verbessern, um Produktionskosten zu senken, Umweltstandards zu erfüllen und die Qualität industrieller Filtersysteme dauerhaft zu sichern – effizient, präzise und nachhaltig.
Die Nachfrage nach leistungsfähigen Filtersystemen wächst. Getrieben durch verschärfte Umweltauflagen wie die neue EU-Abwasserrichtlinie, die eine vierte Reinigungsstufe in Kläranlagen fordert, leisten Mikro- und Ultrafiltrationssysteme einen zentralen Beitrag. Sie sind jedoch bislang auf manuelle, arbeits- und zeitintensive Lecktests angewiesen. Diese Verfahren sind weder skalierbar noch nachhaltig. Gleichzeitig steht die Branche vor der Herausforderung, ihre Qualität im Produktionsprozess effizient zu sichern. Herkömmliche Prüfmethoden wie der Blasentest im Wasserbad sind aufwendig, fehleranfällig und nicht automatisierbar. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Verbundprojekt »Cyber-physisches System zur Inline Leck-Detektion an Membran- filtrationsmodulen mittels ortsaufgelöster Diodenspektroskopie« (CLeo) adressiert dieses Problem: Ziel ist ein cyber-physisches Inline-Prüfsystem, das Leckagen optisch lokalisiert und mithilfe künstlicher Intelligenz direkt während der Produktion auswertet, ohne die empfindlichen Membranen zu beeinträchtigen.
»Unser Ziel ist es, mit dem CLeo-System eine hochpräzise Leckageprüfung zu ermöglichen, die sich nahtlos in industrielle Fertigungsprozesse integrieren lässt«, erklärt Dr. Tobias Baselt, Gruppenleiter für Optische Fasertechnologien am Fraunhofer AZOM. »Durch die Kombination aus laseroptischer Spektroskopie, intelligentem Datenhandling und automatisierter Mechanik entsteht eine robuste Lösung, die Qualität sichert und gleichzeitig Zeit, Ressourcen und Kosten spart.«
Digitalisierung trifft Praxis: für Umwelt, Industrie und Gesellschaft
Das Prüfverfahren basiert auf ortsaufgelöster Diodenspektroskopie. Ein Prüfgas wird durch das Filtermodul geleitet, potenzielle Leckagen lassen sich über spezifische Absorptionssignale sichtbar machen. Die Daten werden in Echtzeit KI-gestützt ausgewertet und Leckagen nicht nur erkannt, sondern punktgenau lokalisiert. So lassen sich Module gezielt reparieren oder selektiv ausschleusen. Neben dem ökonomischen Nutzen trägt die Technologie auch zur Ressourcenschonung bei: Prüf- und Reparaturzeiten verkürzen sich erheblich und eine Nachbehandlung der Module aufgrund des Wasserbades entfällt. Die automatisierte Erkennung und gezielte Nachbearbeitung reduziert Ausschuss, was einen wichtigen Schritt in Richtung nachhaltiger Produktion darstellt. Darüber hinaus lässt sich das System branchenübergreifend einsetzen. Neben der Wasserwirtschaft profitieren die Lebensmitteltechnik, Pharmazie oder Chemie, in denen absolute Dichtheit essenziell ist.
Interdisziplinäres Konsortium, stark vernetzt
Das zweijährige Projekt mit einem Gesamtvolumen von rund 1,4 Millionen Euro startete am 1. Januar 2025 im Rahmen des Programms »KMU-innovativ: Zukunft der Wertschöpfung«. Es vereint Kompetenzen aus Werkstoffforschung, Maschinenbau, Messtechnik und Digitalisierung:
- DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH: Projektkoordination, Entwicklung der Gaseinbringung
- Fraunhofer AZOM: Entwicklung des Leckdetektionsverfahrens und der KI-basierten Auswertung
- ibl Maschinenbau GmbH: Automatisiertes Handling der Module mittels Robotik
- WTA UNISOL GmbH: Integration der Systemkomponenten, Entwicklung von Prüflingen mit definierten Fehlern
- Westsächsische Hochschule Zwickau (WHZ): Entwicklung von Schutztextilien zur Optimierung der Messumgebung
Infobox Hintergrund: Membranfiltration im Wandel Modular aufgebaute Mikro- und Ultrafiltrationssysteme sind essenziell für die sichere, platzsparende Reinigung industrieller Abwässer. Doch Fertigungsprozesse wie Kleben und Schweißen führen häufig zu Leckagen – mit aufwendiger Nacharbeit oder Ausschuss zur Folge. Die bisher eingesetzten manuellen Prüfverfahren gelten als Engpass im Produktionsprozess. CLeo setzt hier an: Mit digitaler Präzision, automatisierter Erkennung und KI-gestützter Analyse soll das Projekt die Weichen für eine skalierbare, wirtschaftliche und ökologisch verantwortungsvolle Filterproduktion stellen. |
Über das Fraunhofer AZOM
Das Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS betreibt in Kooperation mit der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ) das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Optische Messtechnik und Oberflächentechnologien (AZOM). Dort erforschen und entwickeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler neueste Ansätze der optischen Messtechnik, Bildverarbeitung, Prozesskontrolle und Oberflächencharakterisierung. Ziel ist es, die Forschungsergebnisse schnell und direkt in applikationsspezifische Lösungen für industrielle Prozesse zu transferieren. Das Fraunhofer AZOM bildet eine Schnittstelle zwischen angewandter Wissenschaft und Industrie in den Feldern Medizintechnik, Kraftfahrzeugtechnik, dem Maschinenbau und der Halbleitertechnologie.
Dabei erfolgt die Forschungs- und Entwicklungsarbeit des Anwendungszentrums entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Neben Machbarkeitsstudien und Auftragsmessungen bietet das AZOM die Industrieintegration etablierter Technologien sowie die Entwicklung neuartiger Messverfahren bzw. Oberflächentechnologien. So konzeptionieren die Zwickauer Wissenschaftler komplexe industrietaugliche optische Messverfahren und Systemkomponenten, charakterisieren Oberflächen, entwickeln anwenderspezifische Sensorik sowie Aktorik und bieten zerstörungsfreies Monitoring von Prozessen und Bauteilen.
Darüber hinaus gehören die Entwicklung elektronischer Steuerungen, komplexer applikationsspezifischer Software und die Konzeptionierung von optischen Systemkomponenten wie Messlichtquellen sowie faserbasierter Baugruppen zum Leistungsumfang des Anwendungszentrums. Schwerpunkt sind dabei insbesondere Lösungen für Problemstellungen, die mit der am Markt erhältlichen Standardtechnik noch nicht zu lösen sind.
Weitere Informationen: s.fhg.de/azom
Über die Westsächsische Hochschule Zwickau (WHZ)
Die Westsächsische Hochschule Zwickau (WHZ) ist eine Hochschule mit den Schwerpunkten Technik, Wirtschaft und Lebensqualität. Dem Leitbild »Hochschule für Mobilität« folgend, fasst die WHZ ihre zahlreichen Forschungsaktivitäten in fünf Forschungsprofillinien zusammen: Fahrzeug und Produktion, Energie und Infrastruktur, Cyber Physical Systems und Digitalisierung, Gesundheit und Medizintechnik, Nachhaltigkeit und Interkulturalität.
Weitere Informationen: www.fh-zwickau.de
Förderhinweis
Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms »KMU-innovativ: Zukunft der Wertschöpfung« gefördert.
Förderkennzeichen: 02P24K143