Alles unter Kontrolle

Holger Schmidt

Erhitzungsschritte in der Lebensmittelindustrie sollen produktschonend erfolgen, allerdings müssen z. B. in der Pasteurisierung vorgegebene Mindestwerte erreicht werden. Ziel der Temperaturregelung muss es sein, diesen Wert genau zu treffen. Nur so lassen sich qualitativ und hygienisch einwandfreie Produkte garantieren. Übersteigt die tatsächliche Prozesstemperatur den vorgegebenen Wert, kann das unter Umständen ebenfalls von Nachteil sein – unter energetischen bzw. ökologischen Gesichtspunkten und natürlich in Bezug auf die Produktqualität. Denn viele Zusatzstoffe überstehen zu hohe Temperaturen nur mit entsprechenden Einbußen bei Aroma, Farbe oder Wirksamkeit.

Um einen effizienten Wärmeübergang zu erreichen, strebt man eine geringe Schichtdicke zwischen Produkt und Messelement am Ort der Erwärmung an. Besonders gut lässt sich dieses Prinzip für flüssige Produkte in Platten-, Röhren- oder Schabewärmetauschern umsetzen. Die Temperaturregelung in diesen Anlagen besteht grundsätzlich aus folgenden drei Komponenten: dem Sensor – in den meisten Fällen ein Widerstandsthermometer –, der Steuerung und der Regeleinheit. Voraussetzung für gute Messergebnisse und damit eine hohe Regelgenauigkeit ist eine möglichst kurze Ansprechzeit des Widerstandsthermometers. Ein Maß hierfür ist die sogenannte t90-Zeit. Dahinter steckt die Zeit, die der Sensor benötigt, um 90 % des realen Messwertes anzuzeigen. Voraussetzung für möglichst niedrige t90-Zeiten ist eine größtmögliche Nähe des Widerstandsthermometers zum Produkt, also ein sehr guter Wärmeübergang. Vor diesem Hintergrund hat Endress+Hauser die Sensor-On-Tip-Technologie, kurz SOT, entwickelt.

Die in der Lebensmittelindustrie weitverbreiteten PT100-Widerstandsthermometer haben eine Genauigkeitsklasse AA, frühere Bezeichnung 1/3 DIN B. Bei der SOT-Technologie werden die PT100-Sensoren in der Genauigkeitsklasse AA in die Spitze des Schutzrohres integriert. Zwischen Sensor und Produkt befindet sich also nur eine dünne Schicht, die beim Wärmeübergang überwunden werden muss. Das heißt: Binnen kurzer Zeit kann sich ein Temperaturgleichgewicht zwischen Sensor und Produkt einstellen. SOT bietet also eine auf einen schnellen Wärmeübergang optimierte Konstruktion. Stabilität und Druckfestigkeit des Schutzrohres werden nicht negativ beeinflusst. Außerdem profitiert der Anwender von einer leichten Integration der Temperaturmessstelle ohne Kompromisse bei der Kalibrierung machen zu müssen. Da der Sensor immer nahe am Produkt ist, können äußere Einflüsse, die über den Prozessanschluss und das Schutzrohr in das System getragen werden, vernachlässigt werden.

Auch kurze PT100-Sensoren mit einer Länge von 20 mm können durch die SOT-Technologie adäquat kalibriert werden. Eine Software unterstützt den Anwender bei der Auswahl des geeigneten Sensors. Sie hilft außerdem bei Fragen hinsichtlich Hygiene und Einbautiefe sowie bei der Abstimmung Sensor, Schutzrohr, Transmitter und Gehäuse. Der Temperatur-Konfigurator ist online verfügbar und visualisiert die getroffene Auswahl jeweils mit einer Grafik.

Ein Prozess der nicht dokumentiert wurde, hat im Zweifelsfall nicht stattgefunden. Dies gilt insbesondere für alle sicherheitsrelevante Prozesse wie die Wärmebehandlung zur Pasteurisation und Sterilisation. Sie müssen manipulationssicher aufgezeichnet werden, um im Fall von Produktreklamationen zweifelsfrei nachweisen zu können, dass alle Produktionsschritte ordnungsgemäß abgelaufen sind. Festlegungen zur Manipulationssicherheit von elektronischen Aufzeichnungen hat die FDA in der Verordnung 21CFR Part 11 zusammengefasst. Diese Anforderungen können mithilfe geeigneter Steuerungen erfüllt werden. Für kleinere Betriebe stellt der Memograph M eine interessante Option dar. Diese Geräte zeichnen nicht nur die Prozessdaten auf, sondern können diese auch visualisieren und die Regelung der Anlage übernehmen. Auf diese Weise ersetzen die Memograph-M-Geräte Komponenten, die für eine herkömmliche Regelung notwendig sind. Eingriffe in die Funktion der Datenaufzeichnungs- und -auswertegeräte sind nur innerhalb einer klar definierten Passworthierarchie möglich. Die gesicherten Daten können per Stick, Ethernet oder Internet ausgelesen werden. Alle nachträglichen Änderungen werden im Gerät erkannt und festgehalten.

Neben der Temperatur ist die Dichte ein weiterer wichtiger Prozessparameter in der Lebensmittel- und Getränkeproduktion. Über die Dichte lässt sich der Prozessfortschritt verfolgen. Sie ermöglicht außerdem eine Konzentrationsbestimmung. Mit ihrer Hilfe kann beispielsweise der Gehalt an Fett, Alkohol, Extrakten oder Zucker bestimmt werden. Und: Die Dichte ist ein wichtiger Parameter bei der Produkterkennung.

Die nach dem Schwinggabel-Messprinzip arbeitenden Grenzstandschalter der Liquiphant-Baureihe haben sich in unzähligen Anwendungen bewährt. Sie schützen Behälter vor Überlaufen oder Bersten und Pumpen vor dem Trockenlauf. Zum Funktionsprinzip: Ein Piezzoantrieb bringt eine Gabel zum Schwingen. Ihre Frequenz in Luft ist bekannt. Taucht die Gabel in ein anderes Medium ein, ändert sich die Frequenz. Diese Frequenzänderung signalisiert das Erreichen eines vorgegebenen Füllstandes.

Durch einen speziellen Elektronikbaustein lassen sich die Liquiphant-M-Geräte in ein Inline-Dichtemesssystem umwandeln. Der Baustein ermittelt die Frequenz der mediumberührten Schwinggabel. Dieser von der Dichte des Mediums abhängige Wert geht via PFM-Signal an den Dichterechner FML621. Letzterer ermittelt unter Zuhilfename eines Temperatursignals, das in der direkten Umgebung der Dichtemessstelle erfasst wird, die Dichte. Gegebenenfalls leitet der Rechner den Wert an die Prozesssteuerung weiter.

Wichtig: Ein FML621-Feldrechner kann bis zu fünf Messstellen, die jeweils aus einem Liquiphant und einem Temperatursensor bestehen, auswerten. Auf diese Weise eröffnet sich eine preiswerte Option für die Inline-Dichtemessung im hygienischen Prozessumfeld.

Online-Info www.dei.de/0510418