Öldampfüberwachung lebensmitteltechnischer Druckluftanlagen mit PID

Wenn’s bei der Prozesssicherheit um die Wurst geht

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In der Lebensmittelindustrie wird zuverlässig ölfreie Druckluft gefordert. Manche Hersteller benötigen diese mit einem Restölgehalt von weniger als 0,003 mg/m3. Doch kaum ein Anwender ist in der Lage, diese Qualität online zu überwachen. Zu den Ausnahmen gehört Heinrich Nölke. Der Hersteller von Geflügelwurst nutzt dazu modernste Messtechnik von Beko Technologies.

Das 1924 als Wurstfabrik gegründete Traditionsunternehmen mit Sitz im westfälischen Versmold ist tragender Teil der zur Mühlen Gruppe. Es ist Deutschlands führender Hersteller von Geflügelwurst. Gutfried, Menzefricke und Müritzer sind beliebte Marken aus Versmolder Produktion; Böklunder, Redlefsen, Könecke oder Schulte weitere klangvolle Spezialitätennamen aus der Unternehmensgruppe.

Klar ist: Hier geht’s um die Wurst. Und das im ganz großen Stil. So produzieren allein die rund 400 Mitarbeiter bei Nölke monatlich rund 2,5 t Geflügelwurstprodukte erster Güte.
Man steht in der Verantwortung
„Wir sind uns der besonderen Verantwortung bewusst, Lebensmittel herzustellen und zu verkaufen. Deshalb fängt Qualitätssteuerung nicht erst bei uns im Betrieb an“, erklärt Werksleiter Karl Selchert. Und Marc Verdirk, Leiter QS/QM bei Nölke, präzisiert: „Die Auswahl hochwertiger, sicherer und einwandfreier Rohstoffe ist der erste Baustein in unserem umfangreichen Qualitätsmanagementsystem. Die Rohstofflieferanten werden nach von uns festgelegten, extrem strengen Qualitäts-, Hygiene- und Sicherheitskriterien ausgewählt und gewissenhaft kontrolliert. Bereits diese gehen weit über die gesetzlichen Anforderungen hinaus.“
Ebenfalls weit über das Branchenübliche hinaus geht die lange Liste der nationalen und internationalen Standards, nach denen Nölke zertifiziert ist: ISO 9001, HACCP, IFS Food, British Retail Consortium Standard (BRC), Q&S, Halal, RSPO (nachhaltiges Palmöl), ISO 50001 Energie sowie ISO 140001 Umwelt.
Und wie wird die Einhaltung dieser Vielzahl von Normen und Richtlinien kontrolliert? Über ein komplexes System prozesskonzentrierter und -übergreifender Kontrollmechanismen innerhalb der Produktion. Zusätzlich werden alle Fertigprodukte von unabhängigen Sachverständigen untersucht und neutral beurteilt.
Entscheidendes Prozessmedium
„Ein entscheidendes Prozessmedium ist bei uns die Druckluft“, erklärt Heinz Meyer auf der Heide, technischer Leiter der Instandhaltung bei Nölke in Versmold. „Sie dient vorrangig als Steuerluft für unsere Fertigungsanlagen, ist aber auch an einigen wenigen Punkten produktberührend. Daraus resultiert die Forderung nach absoluter Ölfreiheit – mehr noch – nach absoluter Öldampffreiheit der Druckluft. Und zwar lückenlos kontinuierlich. Praktisch in Echtzeit kontrolliert und dokumentiert.“
Anders als Nölke stehen die meisten Unternehmen bei dieser Herausforderung vor einem immensen Problem. Denn die Restölüberwachung in Druckluftanlagen besonders qualitätssensibler Fertigungsabläufe ist bislang eine recht heikle Angelegenheit. Da die gängigen Verfahrensweisen eher einem „Nachkontrollieren“ gleichen als einer vorausschauenden Messstrategie mit zeitnaher Ergebnisausgabe.
Zeitverzögerung ist ein Risikofaktor
Zwar sind diese spezialisierten Anwender grundsätzlich in der Lage, den Restölgehalt in der Druckluft über Laboruntersuchungen zu bestimmen. Doch deren Ergebnisse liegen meist erst nach Tagen oder Wochen vor. Viel zu spät also, um auf etwaige Qualitätsprobleme durch ölkontaminierte Druckluft schnell und wirksam zu reagieren. Im schlimmsten – und durchaus häufigsten – Fall haben sich bis dahin längst augenfällige Schäden am Produkt oder Probleme in der Fertigung gezeigt. Mit teuren Folgen durch Produktionsunterbrechungen, erhöhte Ausschussraten oder Garantieforderungen.
Weltweit entstehen in Fertigungs- und Verarbeitungsbetrieben so jährlich Schäden in mehrfacher Millionenhöhe durch verunreinigte Druckluft. Die Hauptursache ist ein zu spät registrierter Einbruch von Öl in das Druckluftsystem und sein unkontrolliertes Vordringen bis hin zu den Verbrauchsstellen.
Das Problem fokussiert sich dabei vor allem auf verbliebene Aerosole und Öldämpfe. Die in der Druckluft enthaltenen Ölanteile werden in Werkzeugen und Maschinen entspannt und entweichen mit negativen Folgen in die Umgebungsluft. Sie lagern sich zum Beispiel auf Oberflächen ab und erzeugen einen störenden Ölfilm, der im schlimmsten Fall das Produkt kontaminiert.
Nicht nur sauber, sondern rein
Die Klassifizierung der Druckluft-Güteklassen ist bekanntlich in der ISO 8573-1 definiert. In zahlreichen Einsatzbereichen ist jedoch selbst nach dieser Norm technisch ölfreie Druckluft der Klasse 1 längst nicht sauber genug. Gemäß dieser Richtwerteeinteilung darf der Ölgehalt (einschließlich Öldampf) in der Güteklasse 1 bei höchstens 0,01 mg/m³ Druckluft liegen. Das sind etwa vier Hundertstel dessen, was in atmosphärischer Luft enthalten ist. Bereits diese Menge ist so verschwindend gering, dass sie sich kaum nachweisen lässt.
Für die Prozesssicherheit mancher Druckluftanwendungen ist allerdings auch das noch inakzeptabel, zum Beispiel in der Medizintechnik, Pharmazie, Messtechnik und eben in der Lebensmittel- und Fleischwarenindustrie. In den genannten Branchen wird zuverlässig ölfreie Druckluft mit einem Restölanteil von zum Teil weniger als 0,003 mg/m3 gefordert. Nicht nur sauber muss sie also sein, sondern absolut rein.
Komplizierter als die eigentliche Aufbereitung zeigte sich die zeitnahe Qualitätsprüfung solch hochwertig aufbereiteter Druckluft. Von einer lückenlosen, permanenten und engmaschig dokumentierten Restölüberwachung der strömenden Druckluft kann in den meisten Unternehmen daher keine Rede sein.
Mittel der Wahl ist stattdessen die bereits erwähnte, zeitaufwendige und mit Risiken für den Prozessverlauf verbundene Laboruntersuchung.
Vorsicht ist besser als Nachsicht
Anders beim Geflügelwursthersteller in Versmold: „Die Nölke-Philosophie beruht seit jeher auf dem Prinzip der kontinuierlichen Verbesserung“, erläutert Werksleiter Selchert. „Das bedeutet, dass wir uns neuen technologischen Möglichkeiten zur Qualitätssicherung zum frühestmöglichen Zeitpunkt zuwenden. In diesem Fall der Möglichkeit, den Restölgehalt mithilfe eines neuen, leistungsfähigen Messverfahrens kontinuierlich zu überwachen.“ Der Hinweis, sich mit letzterem zu beschäftigen kam von der D&N Drucklufttechnik aus Melle bei Osnabrück. Das Unternehmen projektiert, realisiert und betreut seit Jahrzehnten die Drucklufttechnik im Nölke-Werk Versmold. Und es implementierte dort Anfang 2016 das Metpoint-OCV-Messsystem.
Stationäre Online-Messung mit PID
Metpoint OCV ist ein stationäres Messsystem zur Erfassung von Kohlenwasserstoffdämpfen. Das von Beko Technologies entwickelte und hergestellte System überwacht online den dampfförmigen Restölgehalt im Druckluftstrom gemäß ISO 8753-5 – und zwar bis in den Bereich von tausendstel Milligramm pro Kubikmeter. Selbst extreme Grenzwerte von 0,001 mg/m3 Restölgehalt können im laufenden Betrieb online dauerüberwacht werden. Dazu wird dem Druckluftstrom kontinuierlich eine Probe entnommen, die über eine Steigleitung der Sensoreinheit des ca. 230 x 200 mm großen Geräts zugeführt wird. In der Sensoreinheit wird der Öldampfanteil über einen Photo Ionization Detector (PID) gemessen.
„Das Messprinzip des PID basiert auf der Ionisation der Gasmoleküle durch UV-Strahlung und dem Erfassen des dabei entstehenden Ionenstroms“, erläutert Oliver Kiehn, Vertriebsmitarbeiter von Beko Technologies und zuständig für Nölke in Versmold. „Dieses elektrische Signal wird gemessen, verstärkt und elektronisch ausgewertet. Die Ergebnisse werden anschließend auf dem großen, leicht ablesbaren Touchscreen an der Auswerteeinheit des Metpoint OCV angezeigt.“
Parallel zur Anzeige erfolgt die Aufzeichnung der Daten im internen 2-Gigabyte-Gerätespeicher. Mit dieser hohen Kapazität bietet er eine lückenlose Datenerfassung über einen Zeitraum von zehn Jahren.“
Alarm wird automatisch ausgelöst
Überschreiten die erfassten Öldampf-Messwerte in der kontrollierten Druckluft die Toleranzgrenze, löst Metpoint OCV automatisch Alarm aus. Unzulässige Konzentrationen von Restöl werden somit zuverlässig detektiert und gemeldet. Das verhindert zuverlässig unbemerkte Öldurchbrüche und die von ihnen verursachten kostspieligen Folgen.
Die Alarmwerte können vom Betreiber der Druckluftanlage individuell festgelegt und selbstständig eingegeben werden. Diese Funktion ist mit einem Passwort geschützt, um ein unbeabsichtigtes oder unbefugtes Verstellen der Grenzwerte zu verhindern. Metpoint OCV macht damit die permanente Online-Messung des Öldampfgehalts rund um die Uhr in hochanspruchsvollen Druckluftnetzen möglich. Auch die Dokumentationsfähigkeiten des Systems eröffnen völlig neue Möglichkeiten der Qualitätsüberwachung und Prozesssicherheit – für Nölke ein weiterer, enorm wichtiger Punkt. So können die gewonnenen Daten sowohl zur lückenlosen Dokumentation der Druckluftqualität als auch zur Identifikation von Kontaminationsquellen genutzt werden. Ein Nutzwert, der weit über die Grenzen bisher gängiger Laborstichproben hinausgeht. Weiterer Pluspunkt: Durch die völlig problemlose und effektive IT-Anbindung des netzwerkfähigen Metpoint OCV stand auch einer Implementierung in die vorhandene IT-Infrastruktur von Nölke nichts im Wege.
Datensicherheit auch beim Service
Was Heinz Meyer auf der Heide als Leiter der Instandhaltung ebenfalls besonders freut: „Das Servicekonzept beim Metpoint OCV sorgt auch bei Wartung und Kalibrierung für Datensicherheit sowie lückenlose Datenaufzeichnung. D&N stellt während der externen OCV-Kalibrierung durch Beko Technologies temporär ein Leihgerät, das bis zum Rücktausch weiterhin alle Daten aufzeichnet. Da das Datenformat absolut manipulationssicher ist, sind wir beim Ein- und Auslesen optimal geschützt. Außerdem müssen wir während des Austauschs weder den Druck im System reduzieren noch die Anlage komplett herunterfahren. Über einen Bypass wird der Messpunkt während der äußerst kurzen Montagezeit lediglich umfahren und kann anschließend sofort wieder seinen Dienst aufnehmen.“
Kein Zweifel: Die Prozesssicherheit beim Versmolder Geflügelwursthersteller ist vorbildlich. Zur gleichen Einschätzung dürften wohl auch die externen Auditoren kommen und die Druckluft-Restölüberwachung bei Nölke als Referenz für die gesamte Branche einstufen.

Harald Richter
Freier Journalist


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