Schnelle Chargenwechsel in hygienisch anspruchsvollen Prozessen

Radarmesstechnik für kleine Behälter

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Rührwerke, schräge oder konische Behälterböden und Turbulenzen machten die korrekte Füllstandmessung, insbesondere bei kleineren Behältern, bisweilen zu einem Geduldsspiel. Dank 80-GHz-Technologie ist die Radarmesstechnik nun auch in solchen Situationen prozesstauglich, wie ein führender indischer Hersteller biopharmazeutischer Prozesssysteme zeigt.

Wenn es um die Produkte der Kunden geht, kennt Adam Fabriwerk aus dem indischen Nashik keine Kompromisse. Das Unternehmen ist Spezialist für die Herstellung von Misch- und Verarbeitungssystemen für die biopharmazeutische, pharmazeutische und kosmetische Industrie. Antibiotika, Blutplasmaprodukte sowie Injektions- und Infusionslösungen gehören zu den Produkten, die in diesen Behältern hergestellt werden. Nach der Herstellung werden die Stoffe direkt an die Abfüllstationen weitergeleitet. Dabei stellt Adam Fabriwerk nicht nur die Behälter her, sondern stattet diese auch mit der nötigen Infrastruktur aus. Dies reicht von Magnetmischern über Puffer- und Lagerbehälter bis hin zu CIP-Modulen für Lyophilisatoren und Sterilisationsmodulen für die biopharmazeutische Industrie. Salbenverarbeitungssysteme und Systeme für orale Anwendungen ergänzen das Programm. Nicht nur die Behälter selbst müssen strengsten hygienischen Anforderungen entsprechen, auch alle Komponenten und insbesondere die Übergänge zu anderen Systemen. Dabei arbeiten die Entwickler eng mit ihren Kunden zusammen, auch wenn es darum geht, eine Anlage zu optimieren oder bei der Entwicklung einer neuen Rezeptur.

Füllstand exakt bestimmen

Eine besondere Herausforderung in den vergangenen Jahren war es, den Füllstand in den Behältern exakt zu bestimmen. Pharmazeutische Behälter sind, verglichen mit der Chemieindustrie, eher klein. Auch bei Adam Fabriwerk erreichen sie meist nur eine Höhe von 1,20 m. Bei der Messung des Füllstands kommt es daher auf jeden Millimeter an. Ebenfalls problematisch sind Magnetrührwerke, Turbulenzen, hohe Temperaturen zwischen 50 und 150 °C, unterschiedliche Geometrien der Behälterböden und Sprühkugeln während der CIP-Zyklen.

Natürlich kannte das Unternehmen die Vorzüge der Radarfüllstandmesstechnik. Schließlich ist die Messung nicht nur sehr genau, sondern sie misst unabhängig von Temperatur und Druck sowie der Dichte der Flüssigkeit. Darüber hinaus lassen sich die Messgeräte einfach und schnell montieren und in Betrieb nehmen. Wichtigster Aspekt bei pharmazeutischen Anwendungen, insbesondere angesichts der großen Rührwerke: Die Sensoren messen berührungslos.

Allerdings war die Radarmesstechnik bis vor zwei Jahren bei kleineren Apparaten und Behältern einfach nicht geeignet. So stellte die Blockdistanz des Sensors, die Größe und das Design der Antennen oder auch die Messunsicherheit am Behälterboden die Anwender immer wieder vor Schwierigkeiten. Eine weitere Herausforderung befindet sich im Inneren der Behälter: Naturgemäß nehmen Heizschlangen und Rührwerke im Verhältnis weitaus mehr Raum in einem kleineren Behälter ein, als es bei großen Apparaten der Fall ist. Eine Messung mit Radarmessgeräten war also äußerst schwierig bzw. aufwendig, da erhebliche Störreflexionen auftraten.

Bisher behalf sich Adam Fabriwerk daher bei der Ausstattung der Rührkessel mit Differenzdruckmessumformern. Allerdings führte dies im Produktionsalltag immer wieder zu Messunsicherheiten, beispielsweise wenn die Dichte der Medien wechselte. Ebenfalls unpraktisch war die notwendige Kalibrierung, die ebenfalls zu ungenauen Messergebnissen führte.

Kleinere Antennen

Seit rund drei Jahren arbeitet das Unternehmen eng mit Vega zusammen. Denn die Probleme, die es bisher mit der Radartechnologie gab, änderten sich schlagartig mit der Einführung des Vegapuls 64 mit einer Frequenz von 80 GHz. Die höhere Messfrequenz führt nicht nur zu einer höheren Genauigkeit und stabileren Messergebnissen, sondern ermöglicht es, die Radartechnologie auch in kleinen Behältern anzuwenden. Durch die gegenüber den bisher am Markt üblichen 26 GHz um den Faktor 3 höhere Sendefrequenz können die Antennengrößen um denselben Faktor kleiner werden und erzielen trotzdem eine ähnliche Signalfokussierung. Dadurch sind wesentlich kleinere Prozessanschlüsse mit einer Antennengröße von nur 3/4″ möglich. Dies entspricht gerade mal der Größe eines 1-Euro-Stücks.

Hohe Empfindlichkeit im Nahbereich

Gleichzeitig konnten die Störsignale im Nahbereich durch eine spezielle, entfernungsabhängige Verstärkungsregelung deutlich reduziert werden. Über die STC-Funktion werden Störungen direkt vor dem Antennensystem gemindert. Damit ist eine sehr hohe Signalempfindlichkeit in einem größeren Abstand sowie eine zuverlässige Füllstandmessung während der Reinigungszyklen möglich. Insbesondere der letzte Punkt überzeugte das indische Unternehmen. Der Füllstand wird auch dann noch korrekt angezeigt, wenn die CIP-Prozesse laufen. Gleichzeitig ist der Sensor unempfindlich gegenüber Ablagerungen und Kondensatbildung.

Darüber hinaus lässt sich der Füllstand selbst bei schlecht reflektierenden Medien, wie Lösemitteln, sicher erfassen. Da das Antennensystem in den Prozessanschluss integriert wurde, ragt auch keine Antenne in den Behälter hinein. Es ist also möglich, bis dicht an den Prozessanschluss zu messen. Das Behältervolumen wird besser ausgenutzt, was wiederum mehr Flexibilität schafft.

Exaktes Messen am Behälterboden

Ein besonderer Vorteil eines Radarsensors mit 80 GHz zeigt sich bei der Messung von Flüssigkeiten mit niedriger Dielektrizitätszahl am Behälterboden. Bei Medien mit kleinen Dielektrizitätszahlen durchdringt ein Teil der Signale das Medium und wird von dem darunterliegenden Behälterboden reflektiert. Somit erhält man zwei Signale: den eigentlichen Füllstand und den Behälterboden. Die Signale des Bodens sind dabei umso größer, je geringer die Dielektrizitätszahl des Mediums und je besser die Reflexion vom Behälterboden (z. B. flacher Metallboden). Durch die deutlich kürzere Wellenlänge der 80-GHz-Signale des Vegapuls 64 werden diese im Medium stärker gedämpft als bei 26-GHz-Sensoren. Dadurch ist die Reflexion am Behälterboden deutlich geringer. Das hat zur Folge, dass eine Messung bis zum Behälterboden einfacher möglich ist als mit bisherigen Sensoren. Nun lassen sich auch kleine Chargen sicher messen. Dies ist insbesondere bei biopharmazeutischen Produkten mit ihren häufig wechselnden Medien ein Vorteil.

Bei Adam Fabriwerk zeigte man sich von der unkomplizierten Zusammenarbeit mit Vega und der einfachen Installation des Sensors begeistert. Einmal installiert, war keine erneute Konfiguration nötig, nicht einmal während der CIP-Zyklen. Dies wirkt sich besonders positiv aus, wenn die Behälter an die Pharmazeuten ausgeliefert werden. Die Sensoren können noch vor ihrer Auslieferung abgeglichen werden. Der Endkunde erhält so ein komplett einsatzfähiges System.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: phpro0419vega


Autorin: Claudia Homburg

Marketing,

Vega


Jürgen Skowaisa, Produktmanager Radar bei Vega

Nachgefragt: bei Jürgen Skowaisa

Der Vegapuls 64 wurde 2016 eingeführt und ist somit im dritten Verkaufsjahr. Wie war das bisherige Feedback aus dem Markt?

Skowaisa: Das Feedback zu den 80-GHz-Sensoren von Vega ist durchweg sehr positiv. Die kompakten Geräte sind ideal für viele Anwendungen in der Pharma- und Lebensmittelindustrie. Bisher kommen weltweit rund 150 000 Geräte in den unterschiedlichsten Industriebereichen zum Einsatz.

Welche Vorteile bietet die Radarmesstechnik bei hygienisch anspruchsvollen Prozessen?

Skowaisa: Dank seiner hygienegerechten Werkstoffe und seines Designs eignet sich der Vegapuls 64 für den Einsatz in Industrien mit höchsten Anforderungen an Hygiene, Effizienz und Prozesssicherheit. Er eignet sich also für Lebensmittel-, Pharma- oder spezielle Kosmetikprozesse.

Radartechnologie arbeitet berührungslos und ist somit unbeeinflusst von den Prozessbedingungen. Die Radarsignale durchdringen selbst Schaugläser oder Glasbehälter. Somit kann der Vegapuls 64 in vielen Anwendungen sogar außerhalb des Behälters montiert werden. Alle für die Branchen wichtigen Zertifikate und Standards werden dabei erfüllt; darunter die der 3A, FDA und EHEDG.

Welche Vorteile hat der Kunde gegenüber den früher so üblichen 26 GHz?

Skowaisa: Die höhere Frequenz ermöglicht deutliche kleinere Prozessanschlüsse. Damit erschließt sich ein erheblich breiteres Anwendungsfeld für die Radartechnologie. Neben typischen Lagerbehältern kommen die Sensoren heute selbst bei kleinen Behältern in der Pharmaindustrie zum Einsatz.

Ergeben sich durch den Einsatz des Vegapuls 64 weitere Vorteile?

Skowaisa: Der Vegapuls 64 konnte durch seine Standardschnittstelle mit 4…20 mA einfach integriert werden. Adam Fabriwerk musste keine größeren Änderungen am bestehenden System vornehmen.

Mussten an den Behältern konstruktive Veränderungen vorgenommen werden, um die 80-GHz-Technologie zu verwenden?

Skowaisa: Da für die Sensoren unterschiedliche Prozessanschlüsse und Varianten verfügbar sind, konnte der Sensor ganz einfach auf einen vorhandenen Clamp-Anschluss montiert werden.

Hat Adam Fabriwerk weitere Vega-Produkte im Einsatz?

Skowaisa: Ja, darunter Vibrationsgrenzschalter und Drucksensoren.

Was wird nach der 80-GHz-Technologie kommen?

Skowaisa: Die Sensoren decken aus unserer Sicht bereits 90 % aller Applikationen ab und werden sicherlich noch weitere Anwendungsfelder erschließen. Unser Ziel ist es, die 80-GHz-Technologie weiter voranzutreiben. Das Thema „Einfachheit“ ist dabei stetiger Begleiter.



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