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Druck- und Temperatursensor überwachen Prozessparameter in Käserei

Automatisierung für gleichbleibend hohe Produktqualität
Druck- und Temperatursensor überwachen Prozessparameter in Käserei

Auch in Zeiten vollautomatischer Lebensmittelproduktion wird in der Käserei Wildberg in den entscheidenden Entstehungsphasen der Käseproduktion noch mit viel Expertenwissen und handwerklichem Geschick auf den Fertigungsprozess eingewirkt. Der Schlüssel zum Erfolg ist eine ausgeklügelte Automatisierung im Hintergrund: Sensoren wie der Temperatursensor TCC501 und der Drucksensor PM15 helfen, die zahlreichen Prozessparameter genauestens einzuhalten.

Die enorme Spannweite der Produkte und Rezepturen der im Zürcher Hinterland ansässigen Käserei Wildberg offenbart sich in den Käsekellern: Das Portfolio reicht von beliebten Spezialitäten wie dem Emmentaler AOP über den Mozzarella bis hin zur eigenen Erfindung, dem Cheebab, einem Käsedöner. Letzter erfreut sich seit den ersten Verkostungstests am hauseigenen Verkaufsstand großer Beliebtheit bei den Kunden.

Seit dem Frühjahr 2021 läuft die Produktion im Neubau. Prozesstechnisch ist die Käserei auf modernstem Stand, ausgestattet von der Firma Staedler Automation AG. Der Automationsspezialist ist nur wenige Kilometer weiter entfernt beheimatet und setzt bei der sensorischen Überwachung seiner Anlagen auf Produkte und Lösungen des Automatisierungsspezialisten ifm.

Käse und Sensoren

Doch was hat traditionelle Käsemanufaktur mit den Sensoren zu tun? Sehr viel, denn die Produktionsmaschinen in der Käserei ermöglichen nur dann die richtige Qualität, wenn die Steuerung selbst konstant exakte Prozessparameter geliefert bekommt. Vom Zulauf der Milch in den Separator über den Wärmetauscher bis hin zum Käsefertiger müssen insbesondere Temperatur und Druck exakt eingehalten werden, um die Milch entsprechend zu behandeln.

Bereits in den Lagertanks, in denen die frisch angelieferte Milch heruntergekühlt und gerührt wird, überwachen Füllstand- und Temperatursensoren die ordnungsgemäße Lagerung der Milch. Auch die CIP-Anlage, mithilfe derer die Verrohrungen und Tanks regelmäßig gereinigt werden, wird sensorisch überwacht. So kontrollieren Durchflusssensoren die Wassermengen während der Spülprozesse.

In der sogenannten Thermisierung können insbesondere die Temperatursensoren ihre Stärken ausspielen. Abhängig von der gewünschten Käsesorte wird in einem Platten-Wärmetauscher eine präzise und zeitlich exakt definierte Erwärmung der Rohmilch durchgeführt. Paarweise zusammenwirkende Temperatursensoren der Ausführung TA2502 stellen in jedem der drei Segmente des Wärmetauschers die Ein- und Austrittstemperatur fest, um der Steuerung die Möglichkeit zur präzisen und unmittelbaren Nachregelung in den jeweils nachgeschalteten Wärmetauscher-Segmenten zu geben.

Robuster Temperatursensor

Die zweifelsfrei verantwortungsvollste Funktion im gesamten Prozess übernimmt der Temperatursensor TCC501 an der Heißhaltestrecke des Wärmetauschers, wo durch die Temperaturhaltung über die Zeit die Milch auf den weiteren Prozess hin mikrobiologisch optimiert bzw. abgesichert wird. Der Sensor misst nicht nur sehr genau, sondern bietet Anlagenbetreibern auch die Möglichkeit, ereignisbezogen auf Driftverhalten reagieren zu können. Dank der Calibration Check Technology erkennt er sein eigenes Driftverhalten. Dazu gleicht er den Temperaturwert mit einem zeitgleich gemessenen Referenzwert ab. Liegt die Abweichung außerhalb des Toleranzwertes, der von 0,5 bis 3 K eingestellt werden kann, zeigt der TCC dies optisch an und gibt per IO-Link und Diagnoseausgang eine Meldung an die zentrale Steuerung. Gleiches gilt im Fall einer gravierenden Störung. Somit mindert der Temperatursensor das Risiko, insbesondere bei Frischeprodukten ganze Produktionschargen wegen fehlerhafter Fertigungstemperaturen zu verlieren.

Dank des Inline-Kalibrierprozesses erzielt der TCC eine Genauigkeit von ±0,2 K entlang des gesamten Messbereichs. Ein vollverschweißtes und abgedichtetes Gehäuse sowie ein spezielles Messspitzendesign machen ihn dauerhaft resistent gegen externe Einflüsse wie Feuchtigkeit, thermische Schocks und Vibrationen.

Transparente Kommunikation

Ob visuell oder digital: Der Temperatursensor TCC kommuniziert den aktuellen Status auf jedem Wege transparent und unmissverständlich: Am Sensor selbst signalisiert grünes Licht eine fehlerfreie Funktion. Blau weist auf eine Temperaturabweichung außerhalb des Toleranzbereichs hin. Rot meldet eine gravierende Fehlfunktion, etwa den Ausfall des Hauptmesselements. Darüber hinaus hinterlegt der TCC per IO-Link automatisch alle für eine einwandfreie Dokumentation relevanten Daten: Einbaudatum, Betriebsstunden, Temperaturhistogramm sowie Logbücher zu Ereignismeldungen und zum Kalibrierprüfstatus.

Mittels Software kann der Wert definiert werden, ab dem der Sensor eine Meldung ausgibt. Im Simulationsmodus, in dem etwa die Prozess- und Referenztemperatur des Sensors frei gewählt werden können, lässt sich vorab prüfen, ob der Sensor korrekt in die Steuerung eingebunden wurde.

Drucksensor mit Hygienezulassung

Ein weiterer, wichtiger Sensor für die Käserei Wildberg ist der Drucksensor PM15. Er überwacht die Druckverhältnisse im Wärmetauscher mit dem Ziel, die Drücke in der bereits erhitzten keimfreien Milch stets höher zu halten als an der gegenüberliegenden Seite der Wärmetauscherplatte, wo entweder Frischmilch oder Heißwasser anliegt. Bei Rissen in der Wärmetauscherplatte kann durch den Überdruck ausschließlich die Milch entweichen. Andersherum können aber keine Fremdmedien in den hochsensiblen Produktionsprozess gelangen.

Wenn sich Ablagerungen an der Wärmetauscherplatte bilden und damit der Druck bei sonst konstanter Strömungsgeschwindigkeit ansteigt, kann der Drucksensor diesen Umstand für die Steuerung transparent machen. Dadurch wird entsprechend nachgeregelt oder ein Wartungsintervall eingeleitet.

Der Drucksensor hat ein spezielles frontbündiges Dichtsystem mit Teflon und PEEK. Dies erlaubt die hygienegerechte Integration kleiner keramisch-kapazitiver Messzellen in kleine Rohrleitungen ab DN25. Dank des minimierten G1/2-„-Gewindes kann der Einbau ohne Adapter erfolgen. Dadurch entstehen keine Toträume, die die Reinigung während des CIP-Prozesses behindern.

Der Sensor ist prozessseitig ohne Elastomerdichtung konstruiert und damit wartungsfrei. Die frontbündige, robuste Keramikmesszelle ist langzeitstabil und hält Druck und Vakuumschlägen ebenso stand wie Einwirkungen durch abrasive Stoffe. Es handelt sich dabei um ein sog. trockenes Messprinzip, da keine Druckmittlerflüssigkeit zum Einsatz kommt und somit das Risiko der Freigabe von kritischen Flüssigkeiten in das Medium ausgeschlossen ist. Der Sensor ist damit praktisch verschleißfrei. Er hält Mediumtemperaturen von bis zu 150 °C maximal eine Stunde lang stand, was eine Dampfreinigung ermöglicht. Das EHEDG-Zertifikat, die FDA-Zulassung und der 3A-Standard bestätigen seine Eignung für hygienische Prozesse. Zudem besitzt der Sensor einen Temperaturfühler, dessen Wert der Anwender über IO-Link abrufen kann.

ifm electronic GmbH, Essen

Halle 7.1, Stand B30


Autor Andreas Biniasch

Redakteur,

ifm

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