3-A-zertifizierte Drucksensoren

Lorenz Halbinger

Ein neues Produkt der Brauerei Leibinger im oberschwäbischen Ravensburg ist die Biersorte „Max Fünf Komma 2“. Für die Ausrüstung der neuen Produktionsanlagen suchte die Brauerei nach widerstandsfähigen Drucksensoren. Diese sollen die CIP-Anlage überwachen, in der unter anderem die Reinigungslauge in einem Vorratsbehälter auf eine Konzentration von etwa 2% gebracht und auf 85 °C erwärmt wird. Trotz vieler Anbieter auf dem Gebiet der Fluidsensorik ist es nicht einfacher geworden, den für die jeweilige Anwendung geeigneten Sensor zu finden. Schließlich hat sich die Brauerei für den Einsatz der programmierbaren Drucksensoren der Baureihe PF/PI entschieden. Diese sind in Übereinstimmung mit den aktuellen Hygienevorschriften konzipiert. Im EHEDG-Gutachten ist unter anderem auch ihre optimierte „Reinigbarkeit“ bei CIP/SIP miteingeschlossen.

Aber reicht eine frontbündige, spaltfreie und polierte Oberfläche bei einem Drucksensor für die Gesamtbeurteilung wirklich aus?

Ebenso wichtig war für die Brauerei Leibinger die langfristige Anlagenverfügbarkeit ohne lästige Wartungs- und Inspektionsintervalle. Die derzeit üblichen Reinigungsmittel gewährleisten zwar eine gute Reinigungswirkung bei minimiertem Zeit- und Energieeinsatz, können aber in Verbindung mit den notwendigen Reinigungstemperaturen die Elastomerdichtungen beschädigen.

Die Keramikmeßzelle ist durch ihre Robustheit, Beständigkeit und Überlastfestigkeit nicht zuletzt wegen der immer schneller schaltenden Ventile und dem daraus resultierenden Wasserschlag bei allen Drucksensorik-Herstellern Stand der Technik. Die Verwendung von PTFE als Träger- und Dichtungsmaterial brachte jedoch speziell für die Druckmeßtechnik entscheidende Vorteile mit sich, denn die chemische Beständigkeit dieses Werkstoffs ist unumstritten. Wie kann aber mit diesem relativ harten Material die Keramikmeßzelle flexibel und dennoch dicht in das Edelstahlgehäuse eingebunden werden?

Hierzu hat man das Prozeßanschlußteil der PF/PI-Sensoren an seiner „front“-bündigen Seite als dünnen kreisrunden Federsteg im Sinne einer Tellerfeder ausgeformt, in die eine hauchdünne PTFE-Scheibe eingelegt wird. Auf diese Scheibe wird wiederum die Keramik von oben definiert aufgepreßt. Die äußerst geringe Fließfähigkeit des PTFE reicht aus, um die anliegenden Konturen optimal auszufüllen und abzudichten. Große Temperaturschwankungen und aggressive Chemikalien können diese Paarung auch über die Jahre hinweg nicht angreifen.

Ein Problem bleibt jedoch – die Unmenge an Prozeßadaptern, die sich am Beispiel der Milchrohrverschraubung nach DIN 11.851 in verschiedene Größen aufsplitten.

Um nicht für jeden möglichen Prozeßanschluß einen eigenen Sensor bereithalten zu müssen, verfügen die Drucksensoren der PF/PI-Baureihe über eine Schnittstelle zwischen Sensor und Prozeßadapter. Der Kostenvorteil durch diese erhöhte Flexibilität liegt auf der Hand.

Weiterhin kommen in den Drucksensoren der PF/PI-Baureihe keine O-Ringe zum Einsatz. In den Sensoren wurde das sogenannte M0-Konzept, eine metallische Abdichtung mit konischer Dichtfläche am Sensor und federndem Gegenstück am Prozeßadapter, realisiert. Es stellt bei schnellen Temperaturwechseln und überlagerter Schock- und Vibrationsbelastung einen langfristig absolut sicheren Kontakt her. Verschraubt man den Sensor mit dem M0-Adapter, ist mit dem Anschlag gleichzeitig die Verpressung der Dichtkante für hygienische Anwendungen gegeben (bestätigt durch das EHEDG-Gutachten der TU-München-Weihenstephan und das 3-A-Zertifikat). Da auch die Strömungs- und Temperatursensoren nach diesem Prinzip gestaltet sind, konnte eine große Modularität im Sinne des Anwenders erreicht werden.

Was nützt jedoch die beste Abdichtung zum Medium hin, wenn der Druckausgleich hinter der Meßzelle nicht funktioniert oder über die ausgetauschte Luft Feuchtigkeit in den Sensor eindringen könnte? Insbesondere bei der Außen- und Innenreinigung kommt es zu großen Temperatursprüngen, die einen schnellen Druckausgleich erfordern, um den Meßwert nicht zu verfälschen. Eine aufwendige Entlüftung über eine Kabelseele macht Klemmkästen in der Umgebung des Sensors notwendig, führt also nur zu einer kostenintensiven Verlagerung des Problems. Wichtig ist eine grundsätzliche Minimierung der Luftmenge im gesamten Sensor.

Die Bestückung eines flexiblen Leiterfilms mit einer Vielzahl von Elektronikkomponenten hat sich in der Positions- und Strömungssensorik millionenfach bewährt. Mit ihrer Mikroprozeßortechnologie greifen die PF/ PI-Drucksensoren auf diese Technologie zurück. Trotz der vielen Programmiermöglichkeiten bei gleichzeitigem Analogausgang und der weithin sichtbaren 7-Segment-LED-Anzeige kann dieser Leiterfilm mit seiner hohen SMD-Bauteildichte in zusammengerolltem Zustand in einem kleinen Zylindergehäuse untergebracht werden. Durch das Vergießen mit aushärtenden Harzen wird der Sensor zu einer vibrations- und schockfesten Einheit verschmolzen, die kaum Luft enthält. Ein kleiner Filterstopfen kann somit problemlos die „Hinterlüftung“ der Meßzelle übernehmen. Zudem kann er aufgrund der minimierten Volumina Feuchtigkeit zuverlässig zurückhalten.

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