Mit hohen Taktraten

Dipl.-Ing. (FH) Siegbert Fertig

Häufig müssen in der Lebensmittelindustrie pastöse oder breiige Medien dosiert werden, die zum Teil Feststoffe enthalten. Notwendig ist eine schonende Behandlung dieser Medien, um die geforderten Qualitätsstandards und die gewünschte Haltbarkeitsdauer zu erfüllen. Darüber hinaus müssen die produktberührten Anlagenteile besondere Eigenschaften aufweisen: Die eingesetzten Werkstoffe dürfen nicht von den in den Lebensmitteln oder Reinigungsmitteln enthaltenen Säuren angegriffen werden. Ferner darf die Oberflächenrauheit bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten.

Unter hygienischen Gesichtspunkten haben sich in der Lebensmittelindustrie für die Einbindung von Armaturen in Dosiersysteme Clamp-Verbindungen oder Sterilverschraubungen wie das Milchgewinde bewährt. Die Armaturen selbst sollten totraumfrei oder mindestens totraumarm sein und leicht leerlaufen können.

Eine schnellreagierende Armatur läßt sich durch ein Auf-Zu-Ventil realisieren. Die gewünschten Medienmengen können dann über eine Zeitsteuerung eingestellt werden. Mengen und Taktraten sind über die Maschinensteuerung einfach handhabbar.

Die Steuerung der Menge über die Zeit ist von den Druckverhältnissen vor dem Dosierventil abhängig. Je konstanter der Druck direkt vor dem Ventil ist, desto genauer kann man das gewünschte Gewicht einhalten. Zudem kann die Taktrate erhöht werden.

In Abbildung 1 ist der Aufbau eines herkömmlichen Dosiersystems dargestellt. Ein Vorlage- und ein Dosierbehälter sind notwendig, um den Druck am Dosierventil in engen Grenzen konstant zu halten. Er hängt bei dieser Anlagenkonzeption vom Füllstand (hydrostatischer Druck) im Dosierbehälter ab. Der Einfluß der unterschiedlich hohen Füllstände läßt sich dadurch gering halten, sodaß der Dosierbehälter in einem engen Bereich zwischen oberer und unterer Füllgrenze betrieben wird. Als Abfülldruck steht nur der hydrostatische Druck zur Verfügung.

Der Aufbau eines Dosiersystems unter Verwendung der selbsttätigen und CIP-/SIP-fähigen Regler der LPRZ- und LPSZ-Baureihe zeigt Abbildung 2. Die vorgeschlagene Lösungsvariante verringert den Aufwand an Rohrleitungen, ein Dosierbehälter und Vordosiersystem sind nicht mehr notwendig.

Die Schwankungen des hydrostatischen Druckes werden durch ein Überlagerungssystem, das aus den selbsttätigen LPRZ- und LPSZ-Regelventilen (V1, V2) aufgebaut ist, ausgeglichen. Damit ist die Regelung des Druckes im Gasraum unabhängig vom Füllstand. Der 1:1-Druckmeßwandler (M1) kopiert den Druck vor dem Dosierventil (V4) direkt auf die Membrane (Meßaufnehmer) des Überlagerungsystems (V1, V2). So erreicht man, daß am Dosierventil (V4) immer die gewünschten konstanten Druckverhältnisse herrschen.

Bis zu einem Abfülldruck von 4 bar kann eine Regelgenauigkeit von etwa 6 5 mbar garantiert werden. Aufgrund des höheren Drucks im System verkürzt sich die Zeit, die für einen Dosiervorgang benötigt wird, eine deutliche Erhöhung der Taktrate ist somit möglich.

Bei der Reinigung wird das Dosiersystem drucklos geschaltet. Zunächst wird der Druck über das LPSZ-Überströmventil (V2) abgebaut (Abb. 2). Danach erfolgt die Öffnung des Dosierventils (V4) und kurze Zeit später des Ventils für den CIP-Reinigungsvorgang (nicht dargestellt). Um die Reinigungszeit zu verkürzen und die Reinigungeffektivität an den beiden Druckreglern (V1, V2) zu erhöhen, werden die Membrane mehrmals durch wechselnde Drücke auf der Differenzdruckseite bewegt. Zur Ansteuerung der Regler dient ein IP-Wandler. Der CIP-Reinigungsvorgang läuft nach den üblichen hygienetechnischen und anlagenspezifischen Parametern ab.

Der Sterilisationsvorgang beginnt mit dem Schließen aller Zu- und Abgänge. Danach wird das Dampfventil (V3) geöffnet und das Überlagerungssystem aus LPRZ- und LPSZ-Regelventilen (V1, V2) mit Hilfe eines Servodrucks auf 2,5 bar abs. und ca. 125°C eingestellt. Der Arbeitsdruck ergibt sich aus der Summe des Servodrucks und der eingestellten Werte an den Ventilen (V1, V2). Der Dampf strömt in die Anlage und kondensiert auf der Metalloberfläche. Dabei gibt er seine Energie ab und heizt die Anlage auf. Erst wenn der Dampfverbrauch und damit auch der Durchfluß (F1) drastisch sinken haben sämtliche metallische Oberflächen der Anlage die Dampftemperatur erreicht und die Dampfzufuhr kann unterbrochen werden. Nun kann der Sterilisationssprozeß beginnen. Nach der Sterilisation wird das Dosiersystem entlastet und bei abgeschaltetem Servodruck mit Sterilgas beaufschlagt. Als Sterilgas setzt man beispielsweise Stickstoff ein. Das zum Abkühlen benötigte Gas wird über das Reduzierventil kontinuierlich nachgespeist und das entstandene Kondenswasser abgelassen.

Der Dosiervorgang beginnt mit dem Befüllen des Behälters. Zum Dosieren wird das System via Servodruck auf den benötigten Dosierdruck eingestellt. Die Steuerung gibt die Taktrate mit der das Dosierventil (V4) öffnet und schließt vor.

Der beschriebene Vorgang beginnend mit der Reinigung und Sterilisation über die Befüllung des Behälters bis hin zum getakteten Dosieren bzw. Abfüllen wird in das Steuerungs- oder Leitsystem integriert.

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