Verwirbelungen halten Keramik sauber

Martin Hees

Ein wichtiger Parameter in hygienischen Anlagenteilen ist die Druck- und Füllstandmessung. Druckaufnehmer mit keramischer Messzelle haben in den letzten Jahren einen immer größer werdenden Teil im Druckbereich gesichert, da sie bezüglich Robustheit, Langzeitstabilität und Genauigkeit gegenüber Geräten mit metallischer Messmembran große Vorteile bieten. Die keramische Messzelle von Endress + Hauser eignet sich zum einen für Anwendungen mit hoher Überlastfestigkeit und absoluter Vakuumfestigkeit, zum anderen kommt der keramische Druckaufnehmer überall dort zum Einsatz, wo es auf höchste Oberflächengüte, hygienische Prozessadaption, Temperaturstabilität und zertifizierte Gerätetechnik ankommt. Typische Anwendungen sind u. a. die Inhaltsmessung in Lagertanks und in Stapelbehältern in der pharmazeutischen Industrie, die Vakuummessung in der Eindampfanlage und Biofermentern, die Druckmessung in allen Rohrleitungen der Prozessanlage oder der Abfüllmaschine sowie die Druckmessung an Wärmetauschern.

Die Diskussion über das beste Dichtungskonzept bei Druckaufnehmern mit keramischen Zellen ist nicht neu und reicht bis in das Jahr 1988 zurück. Zur Wahl standen radiale Abdichtungskonzepte und vorgelagerte Dichtungen. Nach eingehenden Studien und einer Vielzahl von Versuchen zur optimalen Reinigbarkeit und Halterung des Keramiksensors hat man sich bei Endress+Hauser für das Dichtungssystem mit vorgelagertem O-Ring entschieden.

Eine radiale Abdichtung hat zwar den Vorteil, dass die Keramik nach vorne geführt und somit nahezu frontbündig an einen Tank adaptiert werden kann, die Hydrodynamik zeigt aber, dass sich in der Nähe der Wand die Strömungsgeschwindigkeit rapide verringert und somit auch der Reinigungserfolg bei einer CIP-Reinigung verringert wird. Ferner hat eine radiale Abdichtung den Nachteil, dass Natronlauge bei einer CIP-Reinigung ungehindert an die Verbindungsstelle der beiden Keramikelemente gelangen kann.

Bei dem System mit vorgelagerter Dichtung schützt ein leicht austauschbarer, handelsüblicher Dichtring die Keramikverbindungsstelle, die im Cerabar-Druckaufnehmer aus einer hochresistenten Metalllotverbindung besteht. Bei dieser Abdichtungsart wird zwangsläufig die Keramik um den Durchmesser des verwendeten O-Ringes vom Prozess zurückgesetzt. Die Zurücknahme der Keramik im Bereich von 3 bis 4 mm bewirkt an der dadurch entstehenden Kante Verwirbelungen, die eine optimale Reinigung der Keramik während des CIP-Betriebes ermöglichen.

Ein zusätzlicher Nutzen dieser Abdichtung besteht darin, dass eine Leckagebohrung in den Prozessanschluss integriert werden kann, die auf optische Weise eine Beschädigung der Dichtung anzeigt.

Der Druckaufnehmer Cerabar besitzt alle für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie notwendigen Zulassungen und Zertifikate. Dies beinhaltet hauptsächlich das 3-A Zertifikat über die hygienische Konstruktion des Druckaufnehmers und das Gutachten zur Reinigbarkeit des Druckaufnehmers gemäß den Richtlinien der EHEDG. Der Keramiksensor besteht aus einem hochreinen Aluminiumoxid (Al2O3), das eine Reinheit von 99,9% aufweist, wobei dieser Wert bereits den Zusatz von Sinteradditiven beinhaltet. Die hochreine Keramik hat daher eine gute Korrosionsfestigkeit und damit auch eine hohe mechanische Festigkeit, was die Sicherheit in den Prozessanlagen, hauptsächlich während der dazu notwendigen CIP-Reinigung, steigert.

Die amerikanische Bundesbehörde FDA (Food and Drug Administration) stuft dabei den Keramikwerkstoff Al2O3 in ihren Codes of Federal Regulation (CFR 21 § 186.1256) als gesundheitlich unbedenklich beim Einsatz in Nahrungsmittel- und Pharmaanlagen ein.

Die Konzeption des Druckaufnehmers Cerabar wurde auf ein modulares System aufgebaut, das sich nicht nur auf die Elektronikseite erstreckt, sondern auch den vorderen Sensorteil und die Prozessanschlüsse beinhaltet. Mit Hilfe dieser Konzeption ist eine Adaption aller für den Nahrungsmittel- und Pharmaziebereich notwendigen Prozessanschlüsse an das gleiche Grundgerät möglich. Neben den etablierten Prozessanschlüssen wie Milchrohrverschraubung nach DIN 11851, TriClamp, DRD-Tankadapter, Tuchenhagen Varivent Inline Gehäuse und Tankadapter und APV Inline Gehäuse und Tankadapter können natürlich auch Prozessanschlüsse adaptiert werden, die in Zukunft eine größere Bedeutung in den hygienischen Anlagen darstellen, wie die aseptische Verbindung DIN 11864-1, Reihe A oder die BioConnect-Verbindung von Neumo.

Bei den Systemen zur Weiterleitung der Messparameter wurde bewusst nicht auf einen firmenspezifischen Bus, sondern neben den standardisierten Analogsignalen 4…20 mA auch ganz konsequent auf das genormte Feldbussystem Profibus-PA gesetzt. Die zweiadrige Busleitung dient nicht nur dem Austausch von Daten zwischen Messwertaufnehmer und Prozessleitsystem, sondern der Bus versorgt die Zweileitergeräte auch mit der notwendigen Spannung. Die digitale Kommunikation hat ferner den Vorteil, dass neben dem eigentlichen Messwert des Sensors auch andere prozessrelevante Parameter und Statusmeldungen erfasst und übertragen werden können. Der Druckaufnehmer kann z. B. neben dem Druck auch die Medientemperatur durch einen integrierten Temperatursensor erfassen und weiter verarbeiten.

Mit der Implementierung der Profibus-PA-Profile 3.0 können die von der angeschlossenen SPS errechneten Werte wie Tankinhalt, Dichte im Tank und Temperatur in der Rohrleitung direkt wieder zurück auf die lokale Anzeige des Druckaufnehmers geschrieben werden. Somit erspart sich der Anwender eine separate Anzeige in der Nähe des Druckaufnehmers.

Durch die Variantenvielfalt der Prozessanschlüsse, Elektroniken, Gehäuse und Dichtungsmaterialien kann der Druckaufnehmer Cerabar in alle Anwendungen der Nahrungsmittel- und Pharmaindustrie adaptiert werden. Standardmäßig werden Edelstahlgehäuse aus 1.4301 angeboten. Zur Instrumentierung in Bereichen mit hoher Kondensatbildung stehen keramische Druckaufnehmer mit Absolutdruckmesszellen oder Relativdruckmesszellen mit externer Belüftung zur Auswahl sowie Druckmessgeräte mit Druckmittler.

E cav 272