In dit artikel

Smart Gaskets: digitalisering in de pakkingindustrie

Toen Ben Cloostermans, R&D engineer bij ERIKS, het gerenommeerde congres ASME 2022 (American Society of Mechanical Engineers) in Las Vegas (Nevada, VS) bezocht, had hij niet verwacht dat de presentatie over zijn artikel zoveel aandacht zou krijgen. Sterker nog, zijn presentatie stond pas aan het eind van het congres op het programma en hij was stiekem een beetje bezorgd dat de opkomst hierdoor lager zou zijn. Niets was minder waar. Ben presenteerde niet alleen zijn onderzoeksresultaten aan een grote en enthousiaste groep academici en vakspecialisten. Ook ontving hij de tweede prijs voor beste artikel in de Phd categorie, uitgereikt door de voorzitter van ASME, Karen Ohland. Een welverdiende eer.

Ben's onderzoek kreeg veel aandacht, omdat hij een innovatieve oplossing heeft gevonden voor een van de meest fundamentele problemen op het gebied van pakkingtechnologie - tot nu toe moeilijk aan te tonen, omdat de benodigde technologie simpelweg nog niet voorhanden was. Ben was zo vriendelijk ons te ontmoeten om de ins en outs van zijn baanbrekende onderzoek uit te leggen. Lees snel verder.
 

Ben Cloostermans, R&D engineer bij ERIKS, bespreekt Smart Gaskets

Wetenschappelijke publicatie

De eerste stap richting erkenning van zijn onderzoek door academici en de sector kwam begin dit jaar, toen Ben een wetenschappelijk artikel publiceerde in het door collega's erkende tijdschrift Mechanical Systems and Signal Processing (MSSP). Deze onderzoekspaper introduceerde het concept van Smart Gasket technologie, waarbij de prestatie van de pakking direct in de pakking zelf gemeten wordt. Dit bood ook meteen het kader voor het artikel van zijn opvolgende onderzoeksartikel, waar hij op het ASME congres een presentatie over gaf.

Het onderzoek naar Smart Gaskets is mogelijk gemaakt door de samenwerking op hoog niveau tussen ERIKS en B-PHOT, het Fotonica Onderzoeks- en Innovatiecentrum van de Vrije Universiteit Brussel. B-PHOT en ERIKS bundelden hun krachten in het kader van ACTPHAST, een door de EU gefinancierd consortium dat ondersteuning biedt aan Europese bedrijven die met behulp van fotonica de innovatie van hun projecten een boost willen geven. Er loopt nu een vergelijkbaar programma, genaamd PhotonHub Europe, dat bedrijven en onderzoekers expertise, knowhow en technologieplatformen biedt om samen aan baanbrekende innovaties te werken.

Om deze samenwerking op te zetten, kreeg Ben van VLAIO (Vlaams Agentschap Innoveren en Ondernemen) een persoonlijke onderzoeksbeurs om promotieonderzoek te doen. Het mandaat van VLAIO is namelijk om de toepassing van geavanceerde technologie in de sector te versnellen door maatschappelijk relevante onderzoeksprojecten te financieren.

Pakkingen: de grootste uitdagingen

Wat zijn de belangrijkste problemen die Ben met zijn onderzoek aanpakt? De uitdagingen met pakkingen zijn volgens hem tweeledig. "Ten eerste moet de pakking goed zijn gemonteerd om ervoor te zorgen dat er tijdens het opstarten geen lekkage in de installatie optreedt. Daarna moet je de flensaansluiting controleren om er zeker van te zijn dat deze heel blijft tijdens gebruik."

De prestaties van pakkingen zijn op dit moment gebaseerd op berekeningen die veel aannames en onzekerheden bevatten. Voor standaardflenzen zijn deze vrij nauwkeurig, maar wanneer de installatie complexer wordt (bijvoorbeeld met warmtewisselaars of drukvaten), is het moeilijker om de flensaansluiting te beoordelen. Kleine verschillen in maten of bouten die misschien door het ontwerp vastzitten, kunnen allemaal onzekerheden veroorzaken voor die pakking.

Optische vezelsensoren

Nauwkeurig de werking van een pakking beoordelen is ook lastig doordat een pakking maar een paar millimeter dik is. Daardoor is het moeilijk om sensoren te vinden die in het product passen. Zo is het idee voor optische vezelsensoren ontstaan. Deze relatief nieuwe sensoren (net zo dun als een haar) zijn de laatste 20 jaar in opkomst. "Iedereen kent het internet en optische vezels", legt Ben uit, "maar wat weinig mensen weten is dat je ze ook als sensoren kan gebruiken om bepaalde kwantiteiten te meten, zoals druk, temperatuur, elektrisch veld en allerlei variabelen. En we gebruiken ze nu om rekmetingen uit te voeren."

"Met deze optische vezelsensor kunnen we de status op verschillende plekken in de pakking meten om de druk op het oppervlak van de pakking te bepalen. We kunnen zien hoeveel de vezel uitrekt en hoe de pakking vervormt. Op die manier kunnen we inschatten hoe goed de pakking gemonteerd is, zodat we de kans op lekkage tijdens het hele proces uit kunnen sluiten."

Het is een zeer gespecialiseerd proces waarbij kennis van de sensor zelf, hoe deze zich gedraagt, wordt gecombineerd met de eigenschappen van de pakking. Zo wordt de unieke combinatie van de expertise die de universiteit heeft van sensoren en het specialisme van ERIKS op het gebied van pakkingen ten volle benut.

Conditiebewaking

Als de sensor eenmaal in de pakking zit, kan je deze natuurlijk ook gebruiken om de installatie continu monitoren. Ben legt uit: "Als het systeem wordt blootgesteld aan druk of temperatuur, hoe reageert de pakking dan? We weten uit ervaring hoe de afdichting zich in een bepaalde toepassing ongeveer zal gedragen. Maar het is meestal niet bekend hoe lang deze meegaat en dit leidt tot preventief of reactief onderhoud. Doordat de sensor in de pakking zit, kan je realtime volgen hoe de druk of temperatuur de flensverbinding beïnvloedt." Als je deze gegevens correleert met de eventuele kans op lekkage, kan je gaan anticiperen op hoe de pakking presteert. En dat maakt het voorspellen van onderhoud een stuk makkelijker.

"Kortom", zegt Ben, "we lossen twee problemen op. Aan de ene kant zorgen we met een sensor voor een optimale montage van de pakking en lekvrije opstart. Aan de andere kant kunnen we tijdens het onderhoud van een dergelijke flensverbinding monitoren en voorspellen wanneer deze gaat lekken zodat we het proces ook echt kunnen optimaliseren."

Deze realtime gegevens leveren dan ook nuttige informatie op over de flensverbinding. Onderhoud en downtime kunnen worden gepland om zo de veiligheid van de mensen die rond de installatie werken, te garanderen, terwijl alles nog goed functioneert. Je kan ook een deel van het proces op tijd stilleggen en de bouten opnieuw aandraaien als dat nodig is.

Experimenteel proces

Om te experimenteren, werden, nadat het juiste type sensor was bepaald en geplaatst, de gegevens als ruwe data opgeslagen. En daar komt de expertise van Ben vooral van pas: het uitvoeren van gegevensanalyses met behulp van kennis van sensoren en pakkingen, om de ruwe gegevens om te zetten in bruikbare informatie. "We analyseren de data om te kijken hoe we deze signalen kunnen gebruiken om iets te zeggen over de conditie van de pakking tijdens de montage en operatie", legt Ben uit. "Voor een onderzoeker gaat het erom eerst de technische uitdagingen op te lossen met het oog op het onderzoeksdoel. Kan ik het meten? En dan is de volgende stap om uit te zoeken hoe je dit kan gebruiken om meerwaarde te creëren."

Technology Readiness

"We zijn nu in het stadium dat we weten dat we iets in een labomgeving kunnen meten", zegt Ben. Als we kijken naar "technology readiness levels" (TRL), die de ontwikkelingsfase van nieuwe technologie aangeven, is dat TRL-niveau 4 tot 5. Deze niveaus gaan van TRL 1, de fundamentele onderzoeksfase, tot TRL 9, een toepassing die gereed is om op de markt te brengen. "Bij TRL 9 weten we in principe wat we ermee moeten doen en kunnen we het echt gebruiken om ons leven beter te maken", legt Ben uit. "In dit stadium hebben we het geobserveerd; we hebben het getest in een gecontroleerde omgeving en we zijn het nu aan het testen in een operationele omgeving. Dat is eigenlijk het punt waar we nu zijn: de overgang van een labomgeving naar een realtime praktijksituatie."

Dus de uitdaging is nu om het onderzoek van het lab naar de praktijk te verplaatsen. Om te laten zien hoe het concept van Smart Gasket daadwerkelijk waarde toevoegt aan de toepassing van de klant.

Pilot

"We gaan een pilotproject doen", zegt Ben, "waarbij we zoeken naar een early adopter, een klant die bereid is om de uitdaging aan te gaan, maar zich ook bewust is van de mogelijke output." Er zal dus een echte synergie plaatsvinden tussen de leverancier aan de ene kant en de fabrikant aan de andere kant. "Want wij kunnen wel oplossingen bedenken", merkt Ben terecht op, "maar uiteindelijk moet je die bij de klant testen. Het voordeel is dat we bij ERIKS zo'n goede relatie met onze klanten hebben, dus hebben we de mogelijkheid om dat doen."

Het zit niet echt in de genen van ERIKS om een project van het fundamentele niveau naar een applicatieniveau te tillen. "Meestal beginnen we ergens halverwege de TRL-niveaus en maken er een toepassing van", bevestigt Ben. "Maar hier doen we echt ons best om een fundamenteel probleem in de pakkingwereld op te lossen. Uiteraard met de hulp van onze partner B-PHOT."

Benieuwd? Check onze Linkedin-pagina voor de laatste updates!

Digital Twin

De Smart Gasket is vergelijkbaar met het Digital Twin-concept, een digitale weerspiegeling van een fysiek object. "Nu we naar een tijdperk gaan waarin alles wordt gedigitaliseerd, willen mensen dingen niet meer handmatig controleren. We willen voor de pakking een oplossing bieden en deze digitaliseren zodat we de klant deels kunnen ontzorgen." De smart gasket zelf kan een melding geven als er iets mis is of bevestigen dat alles goed functioneert.

Het onderzoek gaat om het creëren van zo'n Digital Twin en de wereld van pakkingen het digitale tijdperk in te loodsen. Wat betreft de voordelen gaat het, zoals we hebben gezien, om het beveiligen van de installatie, maar ook om het verbeteren van het voorraadbeheer. Als je weet wanneer een pakking moet worden vervangen, kan je je voorraad optimaliseren. Een ander belangrijk voordeel betreft de aansprakelijkheid. Het feit dat je kan bewijzen dat de pakking goed is gemonteerd, zorgt ervoor dat je kan voldoen aan de wet- en regelgeving voor bijvoorbeeld CO2-uitstoot. Wanneer de slimme pakking is geïnstalleerd, gaat het op de lange termijn dus ook om het beperken van de CO2-uitstoot en het verkleinen van de ecologische voetafdruk.

Digitalisering stimuleren

"De essentie van wat wij proberen te doen is het stimuleren van digitalisering in een nogal conservatieve sector", zegt Ben. Het doel op korte termijn is om de smart gasket (voor druk en temperatuur) bij klanten in te zetten en te laten zien dat dit echt van toegevoegde waarde is voor hun toepassing. Op de lange termijn willen we het concept ontwikkelen en er een bedrijfsplan voor opstellen, zodat de pakkingen uiteindelijk uitgerust worden met sensoren die automatisch uitgelezen kunnen worden in het dashboard van de klant. Maar dat is uiteraard TRL 9.

"Het draait om een product dat we hebben, waar we iets aan toevoegen wat het slim maakt, zodat je uiteindelijk over gegevens beschikt die volledig voldoen aan normen die gelden voor de gehele industrie 4.0 en IoT. En we proberen dit te bereiken met een samenwerking op het hoogste niveau." Het keurmerk ontvangen van het gerenommeerde ASME was een belangrijke mijlpaal in deze onderneming. Ben knikt: "Als zij zeggen dat het goed is wat wij doen, dat het inderdaad een probleem is en je een goede manier hebt gevonden om dit op te lossen, dan motiveert je dat alleen maar om door te gaan!"

Benieuwd? Check onze Linkedin-pagina voor de laatste updates!

Auteur

Ben Cloostermans

Ben Cloostermans

R&D Engineer bij ERIKS

Co-auteur

In gesprek met Rachel Nefkens, Editorial & Content Manager, ERIKS

Ben Cloostermans

Auteur: Ben Cloostermans

R&D Engineer bij ERIKS

Wij helpen u graag verder

Heeft u vragen?

Bel ons algemene nummer:
T +31 88 855 85 58

Webshop

Direct een product bestellen? Dat kan eenvoudig in onze webshop.

Know+How Hub

Blijf altijd op de hoogte met onze laatste blogs, nieuws en cases.