Dosierung, Reinigung und Hygiene: Durchfluss und Füllstand im CIP-Kreis und an Dosierstrecken überwachen

In einem Lebensmittel- oder Getränkebetrieb fließen Medien, die nie auf einem Etikett stehen: Lauge und Säure im CIP-Kreis, Schmiermittel für die Transportbänder, Additive in der Flaschenreinigung, Wasserstoffperoxid an der Sterilisation. Ob sie dort ankommen, wo sie wirken sollen, ist von außen nicht zu sehen. Dieser Beitrag richtet sich an Prozessingenieure, die Reinigung und Dosierung verantworten, an Hersteller von Wasch- und CIP-Anlagen und an Anwendungstechniker von Reinigungs- und Schmiermittellieferanten. Er ordnet dokumentierte Anwendungen nach dem Weg des Mediums und endet mit der Frage, die in diesen Anwendungen fast immer gestellt wird: welche Hygieneanforderung ein Sensor erfüllt und welche nicht. Fest eingebaut ist keiner der beschriebenen Sensoren.

Wichtige Punkte im Überblick

  • Dass eine Dosierpumpe angesteuert wird, heißt noch nicht, dass das Medium ankommt, denn ein leerer Behälter, eine Luftblase oder ein abgeknickter Schlauch bleiben ohne Durchflussmessung unbemerkt.
  • Kleine Dosiermengen am Schlauch erfasst der Anklemmbare Durchflusssensor der Modellreihe FD-X ab einem Momentandurchfluss von 0,1 ml/min, ohne dass die Leitung geöffnet wird.
  • In Tests eines Lieferanten für Wasch- und Schmierchemie an Bandschmierung und Additivdosierung einer Brauerei verliefen die Messungen an Schlauch und Rohr positiv.
  • Weil eine leere Vorlage die Pumpe Luft ziehen lässt, gehört zur Dosierung auch die Füllstandsmessung von oben an Tanks mit Lauge, Säure und Additiven.
  • Schutzart und Lebensmittelvorschrift sind zwei getrennte Fragen: Der Anklemmbare Durchflusssensor der Modellreihe FD-R hat IP69K, ist laut Anleitung aber nicht nach den Sicherheitsvorschriften für Lebensmittel ausgelegt.

Was niemand sieht: Reinigungsmittel, Lauge und Additive in der Leitung

Eine Dosierstrecke besteht meist aus einem Vorratsbehälter, einer Pumpe und einem Schlauch oder Rohr bis zur Zugabestelle. Dass die Pumpe angesteuert wird, heißt noch nicht, dass das Medium ankommt. Ein leerer Behälter, eine Luftblase im Saugschlauch oder ein abgeknickter Schlauch bleiben unbemerkt, solange niemand den Durchfluss selbst erfasst.

Genau diese Lücke beschreiben mehrere Anwendungen. In einer Brauerei wird eine Rostschutzdosierung heute gar nicht überwacht. Ein Integrator für Lebensmittelprozesse braucht in einem CIP-Kreis Durchfluss und Füllstand zugleich. Ein Hersteller von Käsearomen nennt neben dem Produktdurchfluss auch die Dosierung von Säure und Wasser als Aufgabe.

Die Messfrage ist in allen Fällen dieselbe: Fließt etwas, und fließt genug? Ein anklemmbarer Sensor beantwortet sie von außen. Die Leitung wird dafür nicht aufgetrennt, und das Reinigungs- oder Dosiermedium kommt mit dem Sensor nicht in Berührung.

Kleine Dosiermengen am Schlauch überwachen

Dosiermedien fließen oft in kleinen Mengen durch dünne Schläuche. Für diesen Bereich ist der Anklemmbare Durchflusssensor der Modellreihe FD-X vorgesehen. Sein kleinster erfassbarer Momentandurchfluss liegt bei 0,1 ml/min, die Schutzart ist IP68G. Für größere Mengen an Schläuchen, weichen Kunststoffrohren sowie Metall- und Hartkunststoffrohren kommt der Anklemmbare Durchflusssensor der Modellreihe FD-H in Frage; seine Schlauchausführung ist für weiche Kunststoffrohre und alle Schläuche bis 100 °C ausgelegt.

Ein kleiner Hersteller von Waschanlagen für Lebensmittel und Getränke will beide Größen an seinen Maschinen prüfen, die kleine und große Leitungen sowie IBC-Tanks haben. In Frage kommen dafür die Modellreihen FD-H und FD-X.

Schwieriger wird es, wenn das Medium Gasblasen mitführt. Für die Lebensmittelsparte eines Anbieters von Hygienechemie geht es um Wasserstoffperoxid mit Blasen in einem Schlauch 12/9 mm. Ob Blasen eine Durchflussmessung stören, lässt sich nur am realen Schlauch mit dem realen Medium beurteilen, und dieser Test gehört an den Anfang.

Bandschmierung und Additive an der Abfüllung: Ergebnisse aus Tests

Die ausführlichsten dokumentierten Tests stammen von einem Lieferanten für Wasch- und Schmierchemie. Seine Anwendungstechniker haben in einer Brauerei mehrere Tests mit anklemmbaren Durchflusssensoren der Modellreihen FD-X und FD-H gemacht, am Schlauch ebenso wie am Rohr. Gemessen wurde an der Bandschmierung und an der Additivdosierung, und nach Aussage des Lieferanten hat dabei alles einwandfrei funktioniert.

Für einen Chemielieferanten kann eine solche Messung zweierlei belegen: dass das Mittel an der Anlage ankommt und wann eine Dosierung aussetzt. Weil der Sensor außen sitzt, lässt er sich an derselben Anlage von Schlauch zu Rohr umsetzen, ohne dass in die Leitungen des Kunden eingegriffen wird.

Laugen-, Säure- und Additivtanks: Füllstand im Chemikalienlager

Eine Dosierung ist nur so zuverlässig wie der Vorrat dahinter. Ist der Laugen- oder Additivtank leer, zieht die Pumpe Luft, und die Durchflussüberwachung meldet den Fehler erst an der Leitung. Deshalb gehört beim selben Chemielieferanten auch der Tank zur Aufgabe: Bei einem Abfüller soll der Füllstand in Tanks mit Lauge, Säure und Additiven erfasst werden.

Dafür kommt der Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR in Frage. Gemessen wird von oben durch eine Linse aus PTFE auf die Oberfläche, ohne in das Medium zu tauchen. Die Nahbereichsmodelle erfassen bis 1,5 m, die Fernbereichsmodelle bis 20 m. Welches Modell zu einer bestimmten Lauge, Säure oder einem Additiv passt, ist vor der Auswahl anhand des Katalogs zu klären; eine pauschale Beständigkeitsaussage gibt es nicht.

Schaum ist die zweite Frage an diesen Behältern. Ein Ingenieurbüro sucht für eine Flüssigdosierung in der Lebensmittelherstellung eine Lösung, die den Füllstand auch bei Schaum auf der Oberfläche erfasst; als Alternative kommt eine Durchflussmessung mit der Modellreihe FD-X in Frage. Schaum setzt jeder Messung von oben eine Grenze. Beim Radar-Füllstandssensor fließen Schaum und anhaftendes Material in den Mindestabstand zum höchsten Füllstand ein, den der Katalog vorgibt.

Peroxid und Dampf: wenn das Sterilisationsmedium fehlt

Am Rand der aseptischen Abfüllung steht ein Konzept. Bei der Sterilisation von Preforms mit Wasserstoffperoxid-Dampf in einem Sternrad soll erkannt werden, ob der Dampf tatsächlich ankommt. Reißt ein Schlauch, bleiben Preforms unsterilisiert, und das muss sofort auffallen; gefordert ist deshalb eine kurze Ansprechzeit.

Als Ansätze kommen eine Lösung mit Kamera, eine AI-Auswertung und Digitale Infrarot-Temperatursensoren der Modellreihe FT in Betracht. Geprüft ist keiner davon, und welche Geräteklasse die Aufgabe löst, ist offen.

Medienkontakt, Schutzart, Temperatur: was ein Lebensmittelzertifikat verlangt

In der Prozesstechnik ist die Hygiene oft der erste Einwand gegen jeden zusätzlichen Sensor. In einer Anwendung aus dem Molkereianlagenbau, mit Leitungen von DN25 bis DN150, steht die Hygiene ausdrücklich als größtes Thema. Zwei weitere Anwendungen zeigen, wie konkret die Anforderung werden kann. Bei der Pasteurisierung von Sirup gelten für jeden Sensor die dortigen Vorgaben der Lebensmittelproduktion. Bei einem Rohrleitungssystem für Tiernahrung verlangt ein Drucksensor mit Produktkontakt ein Lebensmittelzertifikat, und wegen doppelwandiger Rohre ist ein Anklemmen nicht möglich.

Aus diesen Anwendungen ergeben sich vier Kriterien, die sich je Modellreihe getrennt beantworten lassen:

  • Medienkontakt: Anklemmbare Durchflusssensoren messen durch die Rohr- oder Schlauchwand, der Radar-Füllstandssensor misst von oben. Die Leitung bleibt geschlossen, und im Produkt befindet sich kein Teil des Sensors. Ein Drucksensor in einer Produktleitung berührt das Medium dagegen, und für ihn stellt sich die Zertifikatsfrage unmittelbar.
  • Schutzart: Die Modellreihe FD-H hat IP65/IP67, die Modellreihe FD-X IP68G, die Standardmodelle des Radar-Füllstandssensors IP67. IP69K haben nur der Anklemmbare Durchflusssensor der Modellreihe FD-R mit IP65/67 und IP69K sowie das Hygienemodell FR-LS20 mit IP67 und IP69K.
  • Temperatur: Das Standardmodell der Modellreihe FD-H arbeitet bis 85 °C Rohroberflächentemperatur, die Hochtemperaturausführung bis 180 °C, oberhalb von 140 °C mit abgesetzter Anzeigeeinheit. Die Modellreihe FD-R deckt Medien von -20 bis +120 °C ab. Beim Radar-Füllstandssensor reicht die Anschlusstemperatur bis +85 °C, beim FR-LS20 bis +100 °C. Wo wie in einer Saftlinie nach dem UHT-Wärmetauscher bei etwa 85 °C gereinigt wird, gehört die Reinigungstemperatur in die Auslegung, nicht nur die Produkttemperatur.
  • Nachweise: Das Hygienemodell FR-LS20 ist laut Katalog für den Einsatz in hygienischen Bereichen zertifiziert und erfüllt die Vorgaben der EC 1935/2004. Für die Sterilisation vor Ort nennt der Katalog einen Klemmadapter mit seitlicher Leckageöffnung als Voraussetzung, um 3-A-Standards oder EHEDG-Richtlinien zu erfüllen; eine Zertifizierung des Sensors nach diesen Regelwerken ist das nicht.

Ebenso klar benennen die Anleitungen die Grenzen. Der Anklemmbare Durchflusssensor für Druckluft und Gase der Modellreihe FD-G, die Modellreihe FD-R und die Energie-Management-Einheit der Modellreihe MP-F sind nicht nach den Sicherheitsvorschriften für Lebensmittel beziehungsweise Medizinprodukte ausgelegt. Das gilt auch für die Modellreihe FD-R, obwohl sie IP69K hat: Schutzart und Lebensmittelvorschrift sind zwei getrennte Fragen. Welche Anforderung an einer Messstelle gilt, legt der Betreiber fest, und der Abgleich mit Katalog und Anleitung gehört vor die Bestellung.

Häufige Fragen

F Wie erkennt man, dass eine Dosierpumpe angesteuert wird, aber nichts fördert?

A

Ein anklemmbarer Durchflusssensor am Dosierschlauch zeigt, ob und wie viel Medium tatsächlich fließt, unabhängig vom Signal der Pumpe. Der Anklemmbare Durchflusssensor der Modellreihe FD-X erfasst Momentandurchflüsse ab 0,1 ml/min. Die Leitung muss dafür nicht geöffnet werden.

F Welche Temperaturen vertragen anklemmbare Durchflusssensoren bei heißer Reinigung?

A

Das Standardmodell der Modellreihe FD-H ist bis 85 °C Rohroberflächentemperatur ausgelegt, die Hochtemperaturausführung bis 180 °C und die Schlauchausführung bis 100 °C. Die Modellreihe FD-R deckt Medientemperaturen von -20 bis +120 °C ab. Welche Ausführung passt, hängt von Rohr, Medium und Reinigungsprogramm ab.

F Was sagt der Katalog zur Hygiene beim Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR?

A

Das Hygienemodell FR-LS20 hat IP67 und IP69K, ist laut Katalog für den Einsatz in hygienischen Bereichen zertifiziert und erfüllt die Vorgaben der EC 1935/2004. Die Standardmodelle haben IP67 und tragen diese Aussagen nicht. Für die Sterilisation vor Ort verlangt der Katalog zusätzlich einen Klemmadapter mit seitlicher Leckageöffnung.

F Reicht die Schutzart IP69K als Hygienenachweis?

A

Nein. Die Schutzart beschreibt den Schutz des Geräts gegen Staub und Wasser, nicht seine Eignung für den Kontakt mit Lebensmitteln. Die Modellreihe FD-R hat IP69K, ist laut Anleitung aber nicht nach den Sicherheitsvorschriften für Lebensmittel ausgelegt; ihr Argument ist, dass sie das Medium nicht berührt.

F Lässt sich überwachen, ob an der Preform-Sterilisation der Peroxiddampf ankommt?

A

Dazu gibt es bisher nur ein Konzept. Gesucht ist eine schnelle Erkennung, falls ein Schlauch reißt und der Dampf ausbleibt. Als Ansatz kommen unter anderem Digitale Infrarot-Temperatursensoren der Modellreihe FT in Betracht, geprüft ist noch keine Lösung.

Weiterführende Artikel

Übergeordnete Themenseite: Messen, Kennzeichnen und Prüfen in der Lebensmittel- und Getränkeproduktion: Der Überblick für Qualitäts- und Produktionsverantwortliche

Übergeordnete Themenseite: Füllstand, Durchfluss und Druck: Prozessmedien in Tank, Leitung und Versorgung überwachen

Hauptartikel zum Thema: Füllstand, Durchfluss und Druck in Lebensmittel- und Getränkebetrieben: Prozesssensorik vom Tank bis zur Reinigung

Weiterer Artikel im Thema: Füllstand in Tank, Silo und Kessel messen: Radar statt Schwimmer in Brauerei, Molkerei und Lebensmittelbetrieb

Weiterer Artikel im Thema: Durchfluss anklemmen statt Leitung öffnen: Bier, Saft, Rahm, Wasser und Kühlmedium in Lebensmittel- und Getränkebetrieben messen

Weiterer Artikel im Thema: Druckluft, Gase, Vakuum und Druck im Lebensmittelbetrieb: Verbrauch je Linie, Leckage und Saugfunktion überwachen